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摘要
已经研究并实现了成功的 AlN 和 GaN 表面的非原位和原位清洁程序。暴露于 HF 和 HCl 溶液分别在 AlN 和 GaN 表面产生最低的氧覆盖率。然而，检测到大量残留的 F 和 Cl。这些卤素在氮化物表面束缚了悬挂键，阻碍了再氧化。F 的解吸需要温度 > 850 °C。在 450 °C 时，远程 H 等离子体暴露可有效去除两种氮化物表面的卤素和碳氢化合物，但对氧化物去除效果不佳。在 700–800 °C 的 NH3 中对 GaN 进行退火可产生原子级清洁以及化学计量的 GaN 表面。
介绍
氮化铝 (AlN)、氮化镓 (GaN) 和氮化铟 (InN) 是带隙分别为 6.2、3.5 和 1.9 eV 的半导体。最近演示的基于 InGaN 的蓝色激光器量子阱结构，重点介绍了该领域最近取得的许多进展。GaN、AlN 及其合金也可用于高功率、高频和高温器件应用。 最近观察到的 AlN6 和 AlxGa1-xN7 合金的负电子亲和力也使这些候选材料成为可能用于场发射器冷阴极电子器件。
表面清洁工艺是大多数半导体器件制造步骤的基础。在硅和砷化镓技术中获得的经验表明，表面清洁对外延缺陷、金属接触电阻/稳定性、和整体设备质量。因此，表面清洁度的标准必须考虑表面的整个电气、结构和物理状态。这包括去除天然氧化物、有机污染物、金属杂质、颗粒污染物、吸附分子和残留物质。关于清洁 Si 和 GaAs 表面的研究已经调查了许多非原位和原位工艺。
实验
AlN 样品来自 (i) 通过 (a) OMVPE53 或 (b) 气源-分子束外延 (GSMBE) 在 6H-SiC (0001)Si 上外延生长的薄膜，54 或通过反应离子溅射沉积在 Si(111) 上) 和 (ii) 热压多晶 AlN 晶片。GaN 薄膜通过 OMVPE53 和 GSMBE.54 外延沉积在 6H-SiC (0001) 上生长的 AlN 缓冲层上。
图 1. OMVPE AlN 的 AES 调查光谱 (a) 原样，(b) 溶剂清洗和 20 分钟 UV/O3 暴露，以及 (c) 在 10:1 缓冲 HF 中浸泡 3 分钟
图 4. (a) 浸入 10:1 BHF 并在 (b) 400 °C 下退火 15 分钟后，(0001) 6H-SiC 上的 30 Å AlN GSMBE 膜的 C 1s 核心能级的 XPS，(c) 600 °C、(d) 800 °C 和 (e) 950 °C
AlN 的原位加工
使用 AES、XPS 和 TPD 进一步检查 HF 处理后 AlN 表面上 F、C 和 O 污染物的化学和热解吸。图 3(b)-3(e) 显示了随后在不同温度下进行原位退火后 HF 蚀刻的 AlN 表面的 F 1s 核心能级光谱。在 400 °C 下退火后，两个 F 1s 峰变得更加明显（位置：686.7 和 688.7 eV）。较高结合能线的强度在600℃退火后降低，在800℃退火后几乎消失。直到 950 °C 才能完全消除低结合能和高结合能峰。还监测了 C 1s 和 O 1s 核心水平。
湿法化学蚀刻和 HF 蒸汽处理
异地 使用基于 HCl 和 HF 的溶液对 GaN 和 AlN 表面进行湿法化学清洁产生的表面氧含量最低，但观察到显着浓度的 Cl 和 F。氟仅在 AlN 表面检测到；仅在 GaN 表面检测到 Cl。这表明 F 和 Cl 主要分别与 Al 和 Ga 原子结合。这得到以下事实的支持：Al-F 和 Ga-Cl 的键强度远大于 N-Cl 和 N-F 的键强度。 73 然而，不能排除在 AlN 表面形成 N-F 键，因为在 BHF 处理的 AlN 的情况下，F 1s 峰有两个贡献位于»686.5 和 688.5 eV。»688.5 eV 处的 F 1s 峰也可能是由于物理吸附的 HF。
结论
保留在原样和 UV/O3 以及湿法化学处理的 AlN 和 GaN 表面上的表面氧化物由主要以 O2- 和 OH- 状态与 Al 和 Ga 键合的氧组成。不能排除在表面存在一些氮氧化物/N-O 键。
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