[发明专利]一种测量高Al组分AlGaN材料刻蚀诱生界面态参数的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件技术领域，尤其涉及一种测量高Al组分AlGaN材料刻蚀诱生界面态参数的方法。

背景技术

三元系合金Al_xGa_1-xN材料是一种直接带隙半导体，且随着Al组分由0至1的变化其禁带宽度在3.4至6.2eV之间连续可调，对应的波长范围为200至365nm，因而是一种重要的短波长光电子材料，被广泛应用于可见盲、日盲波段的紫外探测器以及紫外发光二极管，紫外激光器等方面。

在研制AlGaN基紫外探测器、发光二极管或激光器等器件时，台面制备是必不可少的步骤。耐腐蚀、化学性能稳定是AlGaN材料的优点之一，室温下酸碱对AlGaN材料的腐蚀都很缓慢，采用电化学/光化学增强的方法可以提高刻蚀速率，但由于湿法腐蚀存在图形转移精度差的缺点，难以用于实用器件，特别是小尺寸或大规模焦平面等器件的制备，因此在器件的制备中常采用干法刻蚀来达到台面工艺的要求。由于干法刻蚀技术是化学反应与物理轰击作用相结合的刻蚀方法，因此在AlGaN器件的台面制备中，难免会引入损伤。如，等离子体的轰击会引起表面晶体缺陷和化学键的断裂，材料表面某种成分的优先溅射，从而形成非化学计量的表面等，这些会在刻蚀表面形成表面态，从而增加器件的反向暗电流和表面漏电流，影响器件的性能和稳定性。因此深入研究AlGaN材料刻蚀诱生缺陷的特性，对理解和分析刻蚀工艺对器件性能的影响机理，提高器件性能具有重要意义。

目前，关于AlGaN基材料的刻蚀损伤的研究主要集中于GaN材料及低Al组分的AlGaN材料，其研究刻蚀诱生缺陷常见的方法是采用深能级瞬态谱(DLTS)、光致发光谱(PL)等技术。但随着AlGaN材料中Al含量的增加，材料的禁带宽度逐渐增大，使得对高Al组分的AlGaN材料刻蚀损伤的研究变得较为困难。这不仅是由于难以获得高质量的AlGaN材料，同时也是因为受到了测试条件的限制。由于DLTS技术是通过测量在交流偏压信号下的样品瞬态结电容，从而监测载流子耗尽层的宽度，对于AlGaN这样的高阻半导体材料，在DLTS测量的温度范围内，载流子在宽能带且高阻的耗尽层中的输运变得很困难，因而常规的DLTS方法对高Al组分的AlGaN材料的缺陷研究将有一定的局限性。

在GaN及低Al组分的AlGaN材料的光致发光谱的测量中通常使用波长为325nm的He-Cd激光器；而对于高Al组分的AlGaN材料，特别是在日盲探测器的制备中所需要Al组分45％及65％，对应的波长分别是280nm和240nm，很难找到波长足够短的激光器去激发AlGaN材料。因此，目前关于高Al组分的AlGaN材料的刻蚀诱生损伤的物理特性的研究几乎没有。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种测量高Al组分AlGaN材料刻蚀诱生界面态参数的方法，以避免在低温下进行高阻材料的电容测量及光学测试设备的局限性。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种测量高Al组分AlGaN材料的刻蚀诱生界面态参数的方法，该方法包括：

步骤10：在蓝宝石衬底上外延高Al组分AlGaN材料；

步骤20：利用ICP刻蚀技术对该AlGaN材料表面进行处理；

步骤30：制备基于AlGaN材料的无刻蚀处理及经过不同刻蚀条件处理的肖特基二极管；

步骤40：测试AlGaN肖特基二极管的I-V特性，提取二极管的串联电阻R_S；

步骤50：测试AlGaN肖特基二极管的C_M-V特性，利用串联电阻R_S对测量得到的电容C_M进行校正，获得结电容C-V特性，并利用该C-V特性，提取二极管的肖特基势垒高度Φ_B；

步骤60：测试AlGaN肖特基二极管在频率1kHz≤f≤1MHz范围内，不同正偏压下的C_M-f曲线；通过结电容C与界面态电容C_p和耗尽层电容C_SC的关系，得到不同偏压下的界面态电容C_p-f曲线；通过界面态电容C_p和界面态能级密度N_ss的关系、界面态能级E_ss相对于半导体表面导带底的位置与外加偏压的关系，获得界面态密度N_ss的能量分布N_ss～(E_C-E_ss)。