GaAs在酸性和碱性溶液中的湿蚀刻

摘要

本文用同步光电发射光谱法研究了无氧化物砷化镓表面与酸性(盐酸+2-丙醇)和碱性(氨水）溶液的相互作用。结果表明，两种溶液主要处理表面镓原子，分别形成弱可溶性氯化镓和可溶性氢化镓。因此，表面的Ga-As键断裂，元素砷留在砷化镓表面。此外，用盐酸+2-丙醇溶液蚀刻时可以观察到吸附的2-丙醇分子，但用氨水溶液蚀刻时没有检测到吸附的水分子。

介绍

湿式化学蚀刻工艺在器件制造中已被广泛应用。半导体/电解质界面上发生的过程是非常复杂的。基本步骤是吸附离子，打破半导体表面键，以及形成表面化合物，这些化合物可能溶于溶液或钝化表面。GaAs(100)是研究最深入的半导体表面之一，因为它在电子学和光电子学应用中的重要性。本研究显示了用酸性(2-丙醇中的盐酸)和碱性(NH3水溶液)溶液湿法蚀刻GaAs(100)表面的详细研究结果。这些蚀刻程序已经证明了它们在去除天然氧化物层方面的高效率，尤其是用HCl在2-丙醇中的溶液蚀刻并随后在不同温度下退火后能够获得具有不同重构的有序GaAs(100)表面。

实验

本研究中使用的GaAs样品从n型晶片中切割出来。清洁的砷化镓表面是通过蚀刻和25%的天然氧化层制备的，随后在UHV500°C退火，去退火温度由位于样品附近的热电偶控制。在处理过程中，将干净的砷化镓表面被转移回电化学室，将一些蚀刻溶液应用于表面2min。考虑了两种蚀刻溶液，以盐酸和2-丙醇（1：10的混合物）作为酸性溶液。采用25%氨（氢氧化氨）水溶液作为碱性。

结果

酸性溶液蚀刻GaAs表面 

在清洁初始GaAs表面与2-丙醇溶液中的氯化氢接触后，砷3d和镓3d光谱都发生了很大的变化(图2)，而它们的能量位置变化很小(小于0.1电子伏)。与此同时，强烈的氯2p发射出现。在用95电子伏激发能量测量的砷3d光谱中，分配给低结合能侧的砷二聚体的成分消失了(图2a)。同时，元素砷组分的强度显著增加，并且还出现一种新的组分，其化学位移约为1.0电子伏。根据该过程的化学性质，后一种成分可以与砷-氢键或砷-氯键结合。 

图2与盐酸+2-丙醇溶液接触后的光发射光谱

 在碱性溶液蚀刻GaAs(100)表面和表面污染的演变的结果 略

总结

本文通过同步辐射诱导的光发射，研究了无氧化物砷化镓表面与酸性(盐酸+2-丙醇)和碱性(氨水）溶液的相互作用。结果发现，与盐酸+2-丙醇溶液接触后，GaAs表面被各种氯化镓和元素砷覆盖。另一方面，在与水溶液图6接触后。在初始GaAs表面与氨水溶液接触并进行随后的退火过程中，核心水平O1s(a)和C1s（b)的演化。氨溶液中，氨从表面去除，表面被元素砷和氢氧化砷覆盖。这些结果表明，酸性和碱性溶液优先攻击镓位点，分别形成弱可溶性氯化镓和可溶性氢化镓。因此，Ga-As键被断裂，元素砷被留在砷化镓表面。此外，用盐酸+2-丙醇溶液蚀刻可检测到2-丙醇分子的吸附，而用氨水溶液蚀刻则未发现水分子的吸附。