GaAs表面处理技术的研究进展及典型应用

GaAs表面处理技术可以极大程度降低表面氧化物和缺陷对GaAs性能的影响，使其具有更好的光学性质与电学性质，更大的增加了GaAs的应用范围。本文概述了湿法钝化、等离子体钝化、生成表面钝化膜三种表面处理方法的基本原理，综述了表面处理技术的国内外研究进展及近年来表面处理的具体应用。最后，结合现阶段表面处理方法的发展趋势对GaAs表面处理技术的应用前景进行了展望。

二十世纪九十年代以来，随着科学技术的飞速发展，光电子器件的市场逐渐展开，以GaAs 为代表的Ⅲ-Ⅴ族半导体材料成为了半导体领域的研究热点。与Si、Ge 这种传统的半导体材料相比，GaAs 具有较高的电子迁移率和光电转换效率、良好的抗辐照能力以及较低的本征载流子浓度[1] [2] [3] [4]，这使得GaAs 成为制备光电子器件的热门材料之一，在半导体激光器、光电探测器、太阳能电池等领域都具有广泛的应用[5] [6] [7] [8]。

基于GaAs 上述优良性能， 人们研制出了纳米线、量子点等低维半导体纳米材料。

GaAs 作为一种复杂的高缺陷半导体，表面存在大量悬挂键，半导体界面处存在大量电活性缺陷，导致表面费米能级钉扎，而且其本身的表面结构十分不稳定，在空气中长时间存放，会与空气中的氧气发生反应，产生表面氧化物[9]，引入了大量的杂质缺陷。由于GaAs 具有较高的体表面积比，使其表面态密度升高[10]，耗尽层厚度变大，非辐射复合增强，从而导致了GaAs 的表面发光减弱，表面电流增大， 对其发光特性及电学特性都产生了严重的影响， 也严重限制了它在光电子器件中的应用[11]。

为了改变这一弊端，我们需要对GaAs 进行表面处理，降低表面氧化物和杂质缺陷对GaAs 的影响，使其能够得到更加广泛的应用。近年来，对于GaAs 的表面处理问题也备受研究者们关注。

本文综述了GaAs 表面处理的方法、表面处理技术的国内外研究进展及近年来表面处理的具体应用， 并对其发展前景进行了展望。

2. 对GaAs 进行表面处理的方法 目前对于GaAs 进行表面处理的方法主要分为表面湿法钝化、干法钝化两种方法。

其中表面湿法钝化主要是指将需要进行表面处理的GaAs 浸泡在含有S 元素或N 元素的溶液中，使GaAs 所生成的表面氧化物与溶液发生化学反应，从而将氧化层除去，达到提高GaAs 光电特性的目的， 如图1 所示。由于钝化后的GaAs 表面会与空气中氧气再次反应形成氧化物，所以湿法钝化后的GaAs稳定性依旧很差。干法钝化主要是将GaAs 表面与空气隔离，从而阻断其表面的化学反应，干法钝化主要分为等离子体钝化和生成表面钝化膜两种。等离子体钝化主要是采用Ar 等离子体、N2 等子离子体和F 等离子体等荷能离子对GaAs 表明进行轰击， 从而达到表面钝化的目的， 等离子体钝化比较稳定， 不易引入杂质， 等离子体钝化处理装置结构如图2 所示。

生成表面钝化膜是在GaAs 表面生成一层保护膜，如图3 所示，这种方法可以减少载流子的非辐射复合，并且还可以产生和等离子体钝化相同的钝化效果。

3. GaAs 材料表面处理的研究进展 对GaAs 进行表面处理是提高光电子半导体器件性能的一大核心问题，国内外研究人员在这方面进行了大量研究，也得到了显著成效。