[发明专利]一种室温环境下激励砷化镓中金属原子扩散的方法

说明书

本发明公开了一种激励砷化镓中金属原子扩散的方法，是在室温环境下对砷化镓材料或砷化镓器件进行电感耦合等离子体(ICP)处理，激励砷化镓中的金属原子发生扩散。该方法简单快捷，在室温环境下实现，不仅可用于改善砷化镓材料的性能，还可用于改善砷化镓器件的性能。

技术领域

本发明涉及激励砷化镓中金属杂质扩散的方法，特别涉及一种在室温而非高温的环境下激励砷化镓单晶中的金属原子扩散的方法。

背景技术

砷化镓中含有如锰、铬、镁，锌和铝等微量金属杂质，且器件在制备过程中不可避免地掺进一些金属杂质，特别是过渡金属杂质在砷化镓中往往表现为深能级中心并且对材料的电学性质有很大影响。深能级中心可以影响器件的性能和可靠性。它的存在有利有弊，有些金属杂质会补偿决定材料导电类型和导电率的浅杂质，并降低非平衡载流子寿命，对砷化镓材料和器件的性能有不利影响。另一方面，在有些砷化镓器件的制造过程中，过渡金属杂质在砷化镓中的扩散是不可少的一步。例如，铬在砷化镓器件中能级位于禁带中央附近，掺入后可补偿浅杂质，使GaAs变成电阻率很高的半绝缘GaAs。

金属杂质在砷化镓中的室温扩散系数很小，室温下，砷化镓中几乎观察不到金属杂质的扩散。金属杂质在高温才有明显的扩散，扩散的温度往往高达七八百摄氏度。由于砷化镓中的砷易挥发性，当温度接近700摄氏度时，砷的挥发使砷化镓单晶产生大量砷空位，可能导致砷化镓材料和器件的性能严重退化。为在砷化镓中进行杂质的高温扩散，须在其表面生长一层二氧化硅或氮化硅等介质保护膜。即使这样，高温下，砷化镓中的镓和砷容易和氧发生反应，另外，杂质和缺陷之间也可能发生相互作用，从而引入了新的杂质-缺陷复合物，影响砷化镓材料和器件的性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在室温环境下简单便捷的激励砷化镓材料中金属原子扩散的方法。

本发明的技术方案如下：

一种激励砷化镓中金属原子扩散的方法，在室温环境下对砷化镓材料或砷化镓器件进行电感耦合等离子体(Inductively Coupled Plasma，以下简称ICP)处理，激励砷化镓中的金属原子发生扩散。

ICP处理的载气为惰性气体，例如氦气，真空度至少为1E-2Pa，通常在5E-3Pa左右。

进一步的，ICP处理的功率为50～5000W，优选为100～1000W，更优选为500～1000W；处理时间为30sec～30min，优选为1min～5min。

所述金属原子包括过渡金属原子和非过渡金属原子，过渡金属原子包括Ti、Cr、Fe、Cu等过渡金属原子，非过渡金属原子包括Al、Ca、Mg、Li等非过渡金属原子。

实验证据表明，较大功率的ICP处理不仅能够在砷化镓材料(或砷化镓器件)的表面形成缺陷区，而且还能驱动许多金属杂质向所形成的表面缺陷区扩散。也就是说，室温环境下，采用较大功率的ICP处理可以激励砷化镓中金属原子扩散。

本发明的室温环境下通过ICP激励砷化镓中金属原子扩散的方法，其可能的原理如下：