一种砷化镓晶片及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种砷化镓晶片，所述晶片表面的硫含量低于2×10

【技术实现步骤摘要】
一种砷化镓晶片及其制备方法
本专利技术涉及一种砷化镓晶片及其制备方法，尤其是一种表面低硫含量的砷化镓晶片及其制备方法。
技术介绍
砷化镓晶片作为一种基本的半导体材料，应用广泛，其制造商也不断地从各个方面对其作改进，以满足乃至引领不同的应用。砷化镓晶片的一种应用是用作制造垂直腔面发射激光器(VerticalCavitySurfaceEmittingLaser，VCSEL)的衬底。VCSEL激光器是一种先进的激光器，是3D识别系统、人工智能等系统的关键元器件。由于VCSEL激光器结构特殊，砷化镓衬底的质量对VCSEL激光器的性能有很大影响。目前常规的砷化镓晶片的表面加工处理过程中主要以SC-1溶液(氨水、过氧化氢和去离子水的混合液)为主来达到清洁表面的目的。这种清洗溶液对于去除表面颗粒和金属离子等非常有效。
技术实现思路
本专利技术的专利技术人出人意料地发现，通过砷化镓晶片表面的特殊处理，可以实现控制砷化镓晶片表面乃至外延层中硫含量的效果。因此，本专利技术的目的是提供一种砷化镓晶片，所述砷化镓晶片表面硫含量低于2×1015原子/cm3，优选低于5×1014原子/cm3，所述砷化镓晶片表面的硫含量通过以下方法测定：将砷化镓晶片用于外延生长的一面作为衬底，直接用于外延生长，外延设备采用德国AIXTRON公司AIX2800G4的商用金属有机气相沉积(MOCVD)设备，镓源为TMGa，砷源为AsH3，硅掺杂剂为SiH4，碳掺杂剂为CCl4，外延生长温度为650℃，按照如下所示的组成和厚度依次生长总厚度为3.25微米的外延层：a.层结构：GaAs缓冲层；掺杂元素：Si；掺杂剂量(原子/cm3)：1.20×1018；厚度：2000nm；b.层结构:GaAs非掺层；厚度：250nm；c.层结构：GaAs掺碳层；掺杂元素：C(CCl4)；掺杂剂量(原子/cm3)：2.00×1018；厚度：1000nm；然后使用购自法国Cameca公司的ims-6f型二次离子质谱仪检测所述砷化镓晶片经外延生长后层中的硫含量的分布情况，以外延层中单位体积的硫含量作为砷化镓晶片表面的硫含量。本专利技术的第二方面涉及一种制备本专利技术所述砷化镓晶片的方法，包括以下步骤(在本专利技术中，如无其他说明，则各步骤按序实施)：1.使用酸或碱溶液对晶片表面进行浸泡清洗；2.对晶片进行化学机械抛光；3.抛光后，使用氧化剂对晶片表面进行氧化；4.对晶片经过碱溶液处理，随后用去离子水清洗；5.对晶片经过SC-1溶液(氨水、过氧化氢和去离子水的混合液)处理，随后用去离子水清洗；6.干燥所得晶片；7.再次使用氧化剂对晶片表面进行处理；8.氮气或真空包装。出乎预料地，采用本专利技术的砷化镓晶片可以有助于显著降低外延层的硫含量，为VCSEL激光器的应用提供优质衬底，提高VCSEL激光器的性能和使用寿命。本专利技术的方法可以去除现有技术无法去除的砷化镓表面的硫化物，获得表面低硫含量的砷化镓晶片。附图说明图1为未使用本专利技术的表面处理方法的砷化镓衬底外延层的SIMS深度剖析图。图2为使用本专利技术的表面处理方法的砷化镓衬底外延层的SIMS深度剖析图。图3为不同砷化镓表面处理条件下外延层中硫含量的柱状图。图4为经过常规方法处理的对比例2中砷化镓外延层中硫的SIMS谱图。图5为经过常规抛光清洗和臭氧处理的表面处理方法的对比例3中砷化镓外延层中硫的SIMS谱图。图6为经过常规抛光处理和抛光后臭氧处理以及常规清洗的表面处理方法的对比例4中砷化镓外延层中硫的SIMS谱图。图7为经过抛光前酸处理和常规清洗的表面处理方法的对比例5中砷化镓外延层中硫的SIMS谱图。图8为经过本专利技术的表面处理方法的实施例2中砷化镓外延层中硫的SIMS谱图。具体实施方式第一方面，本专利技术提供一种砷化镓晶片，所述晶片表面硫含量低于2×1015原子/cm3，优选低于5×1014原子/cm3，所述晶片表面的硫含量通过以下方法测定：将砷化镓晶片用于外延生长的一面作为衬底，直接用于外延生长，外延设备采用德国AIXTRON公司AIX2800G4的商用金属有机气相沉积(MOCVD)设备，镓源为TMGa，砷源为AsH3，硅掺杂剂为SiH4，碳掺杂剂为CCl4，外延生长温度为650℃，按照如下所示的组成和厚度依次生长总厚度为3.25微米的外延层：a.层结构：GaAs缓冲层；掺杂元素：Si；掺杂剂量(原子/cm3)：1.20×1018；厚度：2000nm；b.层结构:GaAs非掺层；厚度：250nm；c.层结构：GaAs掺碳层；掺杂元素：C(CCl4)；掺杂剂量(原子/cm3)：2.00×1018；厚度：1000nm；然后使用购自法国Cameca公司的ims-6f型二次离子质谱仪检测所述砷化镓晶片经外延生长后层中的硫含量的分布情况，以外延层中单位体积的硫含量作为砷化镓晶片表面的硫含量。所述晶片可以是半绝缘型砷化镓也可以是半导体型砷化镓晶片，优选载流子浓度范围为0.4～4.0×1018/cm3的掺硅砷化镓晶片。所述外延设备可以是分子束外延(MBE)设备。不囿于特定的理论，现认为，在砷化镓晶片的制备过程中，空气中的含硫化合物易与砷化镓表面反应，形成硫化镓和硫化砷，而这些硫的化合物难溶于常规的清洗溶液，会留在砷化镓晶片表面。硫化镓和硫化砷的分解温度高，在正常的外延生长温度下，无法分解，并会随着外延层的生长继续驻留在最表面，甚至进入外延层的本体，造成器件性能的下降。现有技术中，使用SC-1溶液(氨水、过氧化氢和去离子水的混合液)来清洗砷化镓晶片表面的常规的加工处理方法无法溶解残留在晶片表面的含硫化合物，往往会在外延层中出现硫的聚集(SIMS谱图上会有明显的硫的峰)。所述砷化镓晶片表面硫含量的测定方法，借助于外延层生长，将砷化镓晶片表面的硫“转移”至外延层层，从而实现对砷化镓晶片表面的硫含量的测定。显然，本专利技术相关领域普通技术人员应当领会到的是，该检测方法仅仅借助于生长的同质外延层，但是，并不以任何方式意味着本专利技术的砷化镓晶片仅仅适用于生长同质外延层；相反，本专利技术砷化镓晶片适用于任何砷化镓晶片适用的应用，包括对于晶片表面硫含量没有特别要求的应用，但是，特别优选用于对硫含量有相应要求的应用。本专利技术的砷化镓晶片表面硫含量采用由砷化镓外延层直接测出的硫含量作为计量的结果。在一个优选实施方案中，砷化镓晶片表面硫含量为5×1014原子/cm3至2×1015原子/cm3。第二方面，本专利技术还提供一种制备本专利技术表面低硫含量的砷化镓晶片的方法，包括以下步骤：1.使用酸或碱溶液对晶片表面进行浸泡清洗；2.对晶片进行化学机械抛光；3.抛光后，使用氧化剂对晶片表面进行氧化；4.对晶片经过碱溶液处理，随后用去离子水清洗；5.对晶片经过SC-1溶液处理，随后本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种砷化镓晶片，其特征在于，所述砷化镓晶片表面硫含量低于2×10

【技术特征摘要】
1.一种砷化镓晶片，其特征在于，所述砷化镓晶片表面硫含量低于2×1015原子/cm3，优选低于5×1014原子/cm3，所述砷化镓晶片表面的硫含量通过以下方法测定：
将砷化镓晶片用于外延生长的一面作为衬底，直接用于外延生长，外延设备采用德国AIXTRON公司AIX2800G4的商用金属有机气相沉积MOCVD设备，镓源为TMGa，砷源为AsH3，硅掺杂剂为SiH4，碳掺杂剂为CCl4，外延生长温度为650℃，按照如下所示的组成和厚度依次生长总厚度为3.25微米的外延层：
a.层结构：GaAs缓冲层；掺杂元素：Si；掺杂剂量(原子/cm3)：
1.20×1018；厚度：2000nm；
b.层结构:GaAs非掺层；厚度：250nm；
c.层结构：GaAs掺碳层；掺杂元素：C(CCl4)；掺杂剂量(原子/cm3)：
2.00×1018；厚度：1000nm；
然后使用购自法国Cameca公司的ims-6f型二次离子质谱仪检测所述砷化镓晶片经外延生长后层中的硫含量的分布情况，以外延层中单位体积的硫含量作为砷化镓晶片表面的硫含量。


2.制备如权利要求1所述晶片的方法，包括以下步骤：
1)抛光前使用酸或碱溶液对晶片表面进行浸泡清洗；
2)对晶片进行化学机械抛光；
3)抛光后，使用氧化剂对晶片表面进行氧化；
4)对晶片经过碱溶液处理，随后用去离子水清洗；
5)对晶片经过SC-1溶液处理，随后用去离子水清洗；
6)干燥所得晶片；
7)再次使用氧化剂对晶片表面进行处理；...

【专利技术属性】
技术研发人员：任殿胜，朱颂义，赵波，王建利，刘岩，崔杨洲，张春宇，
申请(专利权)人：北京通美晶体技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11