去除氮化镓表面污染物的方法及氮化镓基材技术

本发明专利技术提供一种去除氮化镓表面污染物的方法及氮化镓基材，属于半导体技术领域，去除氮化镓表面污染物的方法包括以下步骤：将预清洗的氮化镓样品浸入清洗液中浸泡，所述清洗液为双氧水和碱液的混合溶液；将浸泡结束后的氮化镓样品取出、冲洗、干燥；将干燥后的氮化镓样品在混合气氛中热处理，所述混合气氛由氮气、氢气和氨气组成。本发明专利技术通过双氧水和碱液的混合溶液刻蚀掉氮化镓表面的硅污染物，并形成均匀的致密氧化薄膜，防止氮化镓表面再次被空气中的硅杂质污染；再在混合气氛下处理氮化镓样品，可以使氮化镓表面的氧化薄膜分解，得到原子级清洁的氮化镓表面，以利于后续的二次外延生长，可以减少漏电流现象，提升氮化镓器件的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
去除氮化镓表面污染物的方法及氮化镓基材
本专利技术属于半导体
，具体涉及一种去除氮化镓表面污染物的方法，另外，本专利技术还涉及一种通过上述方法处理得到的氮化镓基材。
技术介绍
氮化镓属于III-V族宽禁带半导体材料，其禁带宽度可达3.4eV，具有高的击穿电场强度、高的电子饱和速度、高的热导率，以及强的抗腐蚀能力和抗辐照能力。因此，相对于传统的硅基半导体，氮化镓材料更适合制造耐高温、耐高压、耐大电流的高频大功率器件，能够广泛应用于半导体照明、5G通信、新能源汽车、卫星通信、光通信、电力电子、航空航天等领域。但是氮化镓表面存在很多悬挂键，当其暴露在空气中时，总是不可避免地吸附硅、氧、碳等杂质，形成厚度约1nm的有机硅氧烷污染层，而有机硅氧烷污染层的存在则会影响氮化镓材料的应用。在实现本专利技术的过程中，专利技术人发现现有技术至少存在以下缺陷。现有处理方法为采用传统的硅基半导体清洗方法去除污染层，该方法虽然能够暂时去除硅、氧、碳杂质，然而，当氮化镓表面再次暴露于空气中时，又会二次吸附杂质形成硅氧烷污染层。而在被污染的氮化镓材料上二次外延生长光、电子器件时，二次外延界面残留的硅污染层会形成导电层，进而造成器件的漏电和击穿，导致器件失效。
技术实现思路
基于上述背景问题，本专利技术旨在提供一种去除氮化镓表面污染物的方法，可以消除氮化镓表面的污染层，改善氮化镓电子器件二次外延界面的漏电情况，提高器件的可靠性；本专利技术的另一目的是提供一种通过上述方法处理得到的氮化镓基材。为了实现上述目的，一方面，本专利技术实施例提供的技术方案是：去除氮化镓表面污染物的方法，包括以下步骤：将预清洗的氮化镓样品浸入清洗液中浸泡，所述清洗液为双氧水和碱液的混合溶液；将浸泡结束后的氮化镓样品取出、冲洗、干燥；将干燥后的氮化镓样品在混合气氛中热处理，所述混合气氛由氮气、氢气和氨气组成。进一步地，采用丙酮、甲醇、异丙醇依次对氮化镓样品清洗以实现氮化镓样品的预清洗。进一步地，所述碱液为氢氧化钾溶液或氢氧化钠溶液。进一步地，所述清洗液中双氧水和碱液的摩尔比为3.26-4.52:1。进一步地，浸泡时间为30-60min。进一步地，浸泡过程中同时使用超声水浴加热，加热温度为70-95℃。更进一步地，超声频率为20KHz-40KHz。进一步地，采用去离子水进行冲洗，冲洗时间为5-10min，冲洗后采用氮气吹干。进一步地，热处理温度为1000-1100℃，时间为5-15min。本专利技术通过双氧水和碱液的混合溶液处理氮化镓样品，不仅可以刻蚀掉氮化镓表面的硅污染物，而且能够形成均匀的致密氧化薄膜，避免氮化镓表面直接暴露于空气中，从而防止氮化镓表面再次被空气中的硅杂质污染。本专利技术将氮化镓样品在混合气氛中热处理，混合气氛由氮气、氢气和氨气组成，其中氨气用于防止氮化镓高温下热分解，氢气和氮气则为氨气的载体，本专利技术的热处理步骤可以使氮化镓表面的氧化薄膜分解，污染物和氧化物薄膜均会被蒸发且随气流被带走，得到原子级清洁的氮化镓表面，以利于后续的二次外延生长。本专利技术控制清洗液中双氧水和碱液的摩尔比为3.26-4.52:1，当双氧水的添加量过多，而碱液添加量过少时，会导致氮化镓表面的氧化物溶解不够充分；当双氧水的添加量过少，而碱液的添加量过多时，会导致氮化镓表面过度蚀刻，造成表面粗糙。本专利技术控制热处理温度为1000-1100℃，时间为5-15min，在此温度和时间范围内可以保证氮化镓表面的氧化薄膜能完全被分解掉。另一方面，本专利技术实施例提供一种氮化镓基材，用于二次外延生长，通过上述所述的方法处理得到。本专利技术的氮化镓基材具有原子级清洁的表面，用于二次外延生长时，可以减少漏电流现象，提升氮化镓器件的可靠性。与现有技术相比，本专利技术具有以下效果：本专利技术通过双氧水和碱液的混合溶液处理氮化镓样品，不仅可以刻蚀掉氮化镓表面的硅污染物，而且能够形成均匀的致密氧化薄膜，避免氮化镓表面直接暴露于空气中，从而防止氮化镓表面再次被空气中的硅杂质污染；再将氮化镓样品在混合气氛中热处理，可以使氮化镓表面的氧化薄膜分解，污染物和氧化物薄膜均会被蒸发且随气流被带走，得到原子级清洁的氮化镓表面，以利于后续的二次外延生长，可以减少漏电流现象，提升氮化镓器件的可靠性。附图说明图1为本专利技术实施例2中采用清洗液处理后的氮化镓样片的TOF-SIMS曲线；图2为本专利技术实施例2和对比例1中的氮化镓基材上二次外延生长AlGaN/GaN异质结构的C-V曲线；图3为对比例1中采用有机溶剂处理后的氮化镓样片的TOF-SIMS曲线。具体实施方式为了解决现有氮化镓表面易形成有机硅氧烷污染层而影响氮化镓器件性能的问题，本专利技术提供一种去除氮化镓表面污染物的方法，将预清洗的氮化镓样品浸入清洗液中浸泡，所述清洗液为双氧水和碱液的混合溶液；再将氮化镓样品在混合气氛中热处理，所述混合气氛由氮气、氢气和氨气组成。本专利技术通过双氧水和碱液的混合溶液刻蚀掉氮化镓表面的硅污染物，并形成均匀的致密氧化薄膜，防止氮化镓表面再次被空气中的硅杂质污染；再在混合气氛下处理氮化镓样品，可以使氮化镓表面的氧化薄膜分解，得到原子级清洁的氮化镓表面，以利于后续的二次外延生长，可以减少漏电流现象，提升氮化镓器件的可靠性。接下来将通过具体实施例对本专利技术进行阐述。实施例1去除氮化镓表面污染物的方法，包括以下步骤：(1)使用丙酮、甲醇、异丙醇依次对氮化镓样片进行清洗，清洗干净后用氮气吹干；然后将氮化镓样片浸泡在200mL的清洗液中，清洗液由浓度为30％的双氧水、浓度为3mol/L的氢氧化钾溶液按照体积比1:1的配比混合而成，浸泡时间为30min，浸泡的同时使用超声水浴加热，加热温度为95℃，超声频率为20KHz，水浴加热可以加速化学反应，充足的时间能保证反应完全。该步骤用于去除氮化镓表面的硅污染层。(2)浸泡完成后，使用去离子水冲洗氮化镓样片5min，并使用氮气吹干，用于在氮化镓样片的表面形成均匀地致密氧化薄膜。(3)将步骤(2)得到的氮化镓样片转移至金属有机物化学气相沉积设备中，通入由氮气、氢气和氨气形成的混合气氛，反应室加热至1000℃，热处理15min，处理结束后得到氮化镓基材。实施例2去除氮化镓表面污染物的方法，包括以下步骤：(1)使用丙酮、甲醇、异丙醇依次对氮化镓样片进行清洗，清洗干净后用氮气吹干；然后将氮化镓样片浸泡在200mL的清洗液中，清洗液由浓度为35％的双氧水、浓度为3mol/L的氢氧化钠溶液按照体积比1:1的配比混合而成，浸泡时间为40min，浸泡的同时使用超声水浴加热，加热温度为80℃，超声频率为30KHz。该步骤用于去除氮化镓表面的硅污染层，处理后的氮化镓样片的TOF-SIMS曲线如图1所示。(2)浸泡完成后，使用去离子水冲洗氮化镓样片8min，并使用氮气吹干，用于在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.去除氮化镓表面污染物的方法，其特征在于，包括以下步骤：/n将预清洗的氮化镓样品浸入清洗液中浸泡，所述清洗液为双氧水和碱液的混合溶液；/n将浸泡结束后的氮化镓样品取出、冲洗、干燥；/n将干燥后的氮化镓样品在混合气氛中热处理，所述混合气氛由氮气、氢气和氨气组成。/n

【技术特征摘要】
1.去除氮化镓表面污染物的方法，其特征在于，包括以下步骤：
将预清洗的氮化镓样品浸入清洗液中浸泡，所述清洗液为双氧水和碱液的混合溶液；
将浸泡结束后的氮化镓样品取出、冲洗、干燥；
将干燥后的氮化镓样品在混合气氛中热处理，所述混合气氛由氮气、氢气和氨气组成。


2.根据权利要求1所述的去除氮化镓表面污染物的方法，其特征在于，采用丙酮、甲醇、异丙醇依次对氮化镓样品清洗以实现氮化镓样品的预清洗。


3.根据权利要求1所述的去除氮化镓表面污染物的方法，其特征在于，所述碱液为氢氧化钾溶液或氢氧化钠溶液。


4.根据权利要求1所述的去除氮化镓表面污染物的方法，其特征在于，所述清洗液中双氧水和碱液的摩尔比为3.26-4.52:1。


5.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘婷，
申请(专利权)人：南京纳科半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32