砷化镓晶片表面自然氧化问题研究
X射线衍射仪在研究砷化镓缺陷中的应用
关 键词
ｘ射 线衍 射仪
异 常透射
小 角度 晶界
胞 状 结构
ｘ射线 衍 射 仪 是 利 用 ｘ 射 线 穿 透 能 力 强 的 特 性， 在不 破坏 样 品的情 况 下 ， 样 品 内部 结构 进行 测 对 试 的方 法 。ｘ 射 线 形 貌 技 术 （ ａ ｉｒ ｔｎＴ— Ｘ Ｒ ｙＤｆａ ｉ ｏ ｃｏ ｐｇａｈ ） ｏｒｐｙ 简称 Ｘ Ｔ。它 是 利 用 晶体 完 整 区 和 不 完 Ｒ
上， 继续产生新 的二次衍 射线 ， 向恰 与入射线 相 方 同 ， 程差 为波 长 的整 数倍 。 由于每 次衍 射有 ＇ ２ 光 但 ｒ ｒ ／
的相 位移 ， 以在 点 Ｂ入 射波 与 二 次衍 射 波 的相 位 所 恰好 相反 ， 成相 消 干涉 ， 原 入射 线 强度减 弱 。这 形 使
天津
３ ０ ０） ０１ ３
摘 要 本文采用 ｘ射线衍射仪 （ Ｒ ） 通过异常透射对半绝缘砷化镓（ Ｉ ａ ｓ 的形 ＸＤ ， Ｓ— Ａ ） Ｇ 貌及 缺 陷进 行研 究 。在没 有特 殊 工艺措 施 的情 况 下 ，Ｌ Ｃ法 生产 的 Ｓ—ａ ｓ 晶片 的周 Ｅ Ｉ Ａ 单 Ｇ
边 区域 ， 都存 在有 高密度位 错 的相 互作 用 、 阶和 缠绕 的产 物 一胞状 结 构 。ｘ射 线 形貌 技 割 术 可 以显示 Ｓ— ａ ｓ中的 高 密度 位错 的 结构 与分 布 ， 而评 估其 质 量 。 Ｉ Ａ Ｇ 从
晶体缺陷位错线、 层错面和外来夹杂质子原子等， 周围区 域的点阵排列受到严重破坏， 动力学衍射条件破坏 ， 初级
消光现象将不存在 ， 出现符合运动学理论条件的衍射 区。 所以说 ， 在近完整晶体 中， 存在着完整 阵的动力学衍射 区和不完整点阵的运动学衍射区¨］ 卫。
砷化镓抛光
砷化镓抛光砷化镓抛光是一种常见的表面处理工艺，主要用于半导体材料的加工和制备。
本文将从砷化镓抛光的原理、工艺流程、设备和应用等方面进行探讨，以便更好地了解和应用这一技术。
砷化镓（GaAs）是一种重要的半导体材料，具有优异的电子性能和光学性能，广泛应用于光电子器件、微波器件、光通信等领域。
然而，砷化镓的表面常常存在着一些不平整、氧化和污染等问题，这些问题会严重影响器件的性能和可靠性。
因此，对砷化镓表面进行抛光处理是非常必要的。
砷化镓抛光的原理是利用机械力和化学反应作用于砷化镓表面，将其表面的不平整和污染物去除，获得平整、干净的表面。
具体来说，砷化镓抛光常使用的方法有机械抛光、化学机械抛光和电解抛光等。
机械抛光是最常见的抛光方法之一，其原理是利用机械力作用于砷化镓表面，通过研磨和磨削的方式去除表面的不平整和污染。
机械抛光通常需要使用高纯度的研磨液和磨料，并控制好抛光的时间和压力，以避免对砷化镓的损伤。
化学机械抛光是一种同时利用化学反应和机械力作用于砷化镓表面的抛光方法。
其原理是在机械抛光的基础上，加入了一定的化学溶液，通过化学反应去除表面的氧化物和污染物。
化学机械抛光能够更好地去除砷化镓表面的氧化物，并且可以得到更平整的表面。
电解抛光是一种利用电化学反应作用于砷化镓表面的抛光方法。
其原理是在电解液中，将砷化镓作为阳极，通过控制电流和时间，使表面的氧化物和污染物溶解掉。
电解抛光可以得到非常平整的表面，并且可以控制抛光的速度和深度。
砷化镓抛光的工艺流程一般包括以下几个步骤：清洗、预抛光、主抛光和后处理。
清洗是为了去除砷化镓表面的杂质和污染物，通常使用有机溶剂和超纯水进行清洗。
预抛光是为了进一步去除表面的不平整和氧化物，常使用机械抛光或化学机械抛光。
主抛光是对砷化镓表面进行深度抛光，以获得更平整的表面，常使用化学机械抛光或电解抛光。
后处理是为了去除抛光过程中产生的残留物和残余氧化物，通常使用酸洗和超纯水清洗等方法。
RCA清洗法与NCW清洗法对砷化镓晶片表面杂质去除效果对比实验
第44卷 第1期 2017年1月天 津 科 技TIANJIN SCIENCE & TECHNOLOGYV ol.44 No.1Jan. 2017收稿日期：2016-12-04基础研究RCA 清洗法与NCW 清洗法对 砷化镓晶片表面杂质去除效果对比实验李穆朗(中国电子科技集团公司第四十六研究所 天津300022)摘 要：选取目前最常用的RCA 清洗法和NCW 清洗法分别对同批次加工的砷化镓抛光片进行清洗，使用X 射线光电子谱对晶片表面杂质成分进行测试，对表面颗粒、有机物和金属3种杂质类型进行量化对比，分析两种清洗方法对3种杂质的去除能力。
结果显示：表面活性剂对于有机物的去除效果比乙醇略强。
基于双氧水的强氧化性和砷、镓氧化物更易溶于氨水的特性，SC-2清洗液对于表面氧化层的剥离和去除强于表面活性剂。
对于主要金属杂质，两种清洗方法的去除能力相当。
关键词：杂质类型 X 射线光电子谱 表面活性剂 双亲基团中图分类号：G312 文献标志码：A 文章编号：1006-8945(2017)01-0052-04A Contrast Experiment of Removal Effect of Gallium Arsenide Chip Surface Impurities by Using RCA and NCW Cleaning MethodsLI Mulang(The 46TH Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation ，Tianjin 300022，China )Abstract ：This article selects the most commonly used RCA cleaning method and NCW cleaning method to process the same batch of gallium arsenide polished wafers ．The impurities’ compositions of chip surface were tested using X-ray photo-electron spectrum ，and a quantitative comparison was carried out for three impurities ，including particles on the surface ，organic matters and metals to analyze the impurity removal ability of the two cleaning methods ．The results showed that surfactants ，which feature special properties ，have a slightly stronger removal effect on organic matters than ethanol ．Based on the strong oxidation feature of hydrogen peroxide and the easy solubility of gallium and arsenide in ammonia water ，SC-2 cleaning fluid boasts a stronger effect of surface oxide layer stripping and removal than surfactants ．The two cleaning methods have an equivalent ability in metal impurity removal.Key words ：type of impurities ；X-ray photoelectron spectroscopy ；surfactant ；parent groups0 引 言衬底表面清洁的重要性在20世纪50年代固体元器件诞生以后就被广泛认知，在半导体微电子器件的制作过程中，衬底表面的综合质量受到微量杂质的影响极大。
LED用砷化镓抛光片清洗技术的要点
ＬＥＤ用砷化镓抛光片清洗技术的要点摘要：伴随着照明产业的迅猛发展，高质量的ＧａＡｓ抛光片需求量日益增大。
ＬＥＤ是一种（电）注入式固体发光器件，它具有体积小、寿命长、耗电少和可靠性高等特性。
广泛应用于指示灯、文字显示、大屏幕显示、交通信号、景观照明以及汽车照明等领域。
而砷化镓材料是一种直接带隙半导体材料，其导带最低点与价带最高点在同一空间，这样电子和空穴就可以有效地再复合而发光。
关键词：LED；砷化镓；清洗技术前言：LED（LightEmittingDiodes）是第一种实用化的化合物半导体器件，目前它也仍然是化合物半导体工业中数量最大的产品。
科学家和工程技术人员正在努力以LED固态光源来取代传统的光源，半导体照明将引发又一次“半导体”革命。
制作LED都是采用MOCVD外延工艺，以半导体砷化镓材料作为衬底，外延生长AlGaAs三元或AlGaInP四元系外延层结构，可用于制造红、橙、黄光LED。
1 概述化合物半导体材料的研究可以追溯到上世纪初，最早报导的是1910年由Thiel等人研究的InP材料。
1952年，德国科学家Welker首次把Ⅲ-Ⅴ族化合物作为一种新的半导体族来研究，并指出它们具有Ge、Si等元素半导体材料所不具备的优越特性。
五十多年来，化合物半导体材料的研究取得了巨大进展，在微电子和光电子领域也得到了日益广泛的应用。
砷化镓（GaAs）材料是目前生产量最大、应用最广泛，因而也是最重要的化合物半导体材料，是仅次于硅的最重要的半导体材料。
由于其优越的性能和能带结构，使砷化镓材料在微波器件和发光器件等方面具有很大发展潜力。
目前砷化镓材料的先进生产技术仍掌握在日本、德国以及美国等国际大公司手中，与国外公司相比国内企业在砷化镓材料生产技术方面还有较大差距。
（表1为砷化镓材料的主要用途）2 砷化镓晶片抛光晶片抛光是砷化镓抛光片“加工”的最后一道工序，其目的是完全去除晶片表面由前工序所残留的微缺陷及表面损伤层，以求获得表面平整度好的光亮“镜面”，满足MOCVD外延工艺的要求。
砷化镓
砷化镓（GaAs）砷化镓单晶的导带为双能谷结构，其最低能谷位于第一布里渊区中心，电子有效质量是0.068m0 (m0为电子质量，见载流子)，次低能谷位于<111>方向的L点，较最低能谷约高出0.29eV，其电子有效质量为0.55m0，价带顶约位于布里渊区中心，价带中轻空穴和重空穴的有效质量分别为0.082m0和0.45m0。
较纯砷化镓晶体的电子和空穴迁移率分别为8000cm2/(V·s)和100～300cm2/(V·s)，少数载流子寿命为10-2～10-3μs。
在其中掺入Ⅵ族元素Te、Se、S等或Ⅳ族元素Si，可获得N型半导体，掺入Ⅱ族元素Be、Zn等可制得P 型半导体，掺入Cr或提高纯度可制成电阻率高达107～108Ω·cm的半绝缘材料。
由于GaAs具有很高的电子迁移率，故可用于制备高速或微波半导体器件。
砷化镓还用于制作耐高温、抗辐照或低噪声器件，以及近红外发光和激光器件，也用于作光电阴极材料等。
更重要的是它将成为今后发展超高速半导体集成电路的基础材料。
制备GaAs单晶的方法有区熔法和液封直拉法。
用扩散、离子注入、气相或液相外延及蒸发等方法可制成PN结、异质结、肖特基结和欧姆接触等。
近十余年来，由于分子束外延和金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术的发展，可在GaAs单晶衬底上制备异质结和超晶格结构，已用这些结构制成了新型半导体器件如高电子迁移率晶体管(HEMT)、异质结双极型晶体管(HBT)及激光器等，为GaAs材料的应用开发了更广阔的前景。
采用气相沉积或液相沉积等方法，使镓、砷源或其衍生物在以砷化镓或其他材料为衬底的表面上生长砷化镓或其他材料的单晶薄膜，统称为砷化镓外延材料。
衬底和外延层如由同一种材料构成的则称为同质结外延层，如由不同材料构成则称为异质结外延层。
外延材料可以是单层结构，也可以是多层结构。
外延材料的制备方法主要有气相外延法和液相外延法。
砷化镓材料_王建利
文章编号:1674-098X(2010)11(b)-0075-03
1 引言
砷化镓属III-V族化合物半导体材料,由化学元素周期表中III 族 元 素 镓 和V族元素砷化合而成。砷 化 镓 材 料 最 早 见 报 于1929年, 是由一位名叫高德斯密特(Goldschmidt)的科学家合成出来的,但 是,直到1952年,才出现了有关砷化镓在半导体电学性能方面的 研 究 报 道 [1]。随 着 现 代 工 业 冶 炼 提 纯 技 术 的 进 步 和 微 电 子 技 术 的 发 展 ,砷 化 镓 材 料 已 是 III-V族 化 合 物 半 导 体 材 料 中 应 用 最 为 广 泛 、相 关 技 术 最 为 成 熟 的 材 料 。采 用 半 绝 缘 砷 化 镓 材 料 制 作 的 超 高速集成电路和微波毫米波单片集成电路,是雷达,电子对抗,计 算机,卫星通信设备提高速度的关键电路,亦广泛用于蜂窝电话, 数字个人通信,光纤通信以及航天系统等领域;采用低阻低位错 砷 化 镓 材 料 可 制 作 半 导 体 发 光 器 件 ,如 发 光 二 极 管 (LED)和 固 体 半 导 体 激 光 器 (L D) 。尤 其 是 以 低 位 错 砷 化 镓 材 料 为 衬 底 制 作 的 各 种 发 光LED,具 有 耗 电 量 小 、寿 命 长 ﹑ 发 热 量 少 、反 应 速 率 快 ﹑ 体 积 小 ﹑ 耐 碰 撞 、适 合 多 种 环 境 等 许 多 优 点 ,是 当 今 半 导 体 照 明 工 程中不可或缺的一大材料分支,其相关产品已在室内及户外显 示 、LCD背 光 源 、全 彩 显 示 屏 、交 通 信 号 灯 、汽 车 灯 具 等 领 域 得 到 了广范应用。
利用XPS研究紫外光激发下+GaAs晶片表面氧化反应
二〇〇五年 ・ 第三期
打开辅助臭氧发生器 !"#$% 后， 将所有的紫外灯 管全部打开， 将砷化镓样品放入反应器， 使其保持在 在大气条件下， 分别反应 ’(#$%、 !&# 处， !"#$%、 )(#$%、 *"#$%。样品分别记为 +,-’(、 +,-!"、 +,-)(、 +,-*"。 ! "# $%& 测试 完成反应的样品立即送入 ./0 谱仪真空预抽 室中， 进行 ./0 分析。
研究报告
! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !
由于 12,3 中电离截面最大的 12 45 和 ,3 45 谱 线的结合能分别为 ’’’6 78 和 ’!4* 78， 显然， 常用的 镁靶 （9: ; ） 由于其入射能只有 ’4(!<* 78， 并不适 ! 合本研究， 因此选用铝靶 （ ,= ; ） 的 . 射线 （能量为 ! 作为激发源。此外， 由于 ./0 的信息深 ’)6*<* 78） 度与待 测 电 子 的 非 弹 性 散 射 平 均 自 由 程 有 关， 在 平均 12,3 体系中 ,3!> 和 12!> 光电子的动能相似， 自由程几乎相同， 所代表的 ,3 和 12 元素来自同一 深度区域， 真实反映该区域内的实际情况。因此， 本 研究主要用 ,3!> 和 12!> 谱线作为主要分析依据。 另外， 综合考虑其他因素后本文中 ./0 的测试条件 就设定为： 样品距离 . 光源 ?<6##； . 射线源选用 ,= （能量为 ’)6*<* 78） ； 全扫描 （宽扫描） 的通过 ; !线 能设为 6@<’( 78， 窄扫描的通过能设为 !(<?(78； 着 重分析 ,3!> 和 12!> 谱线。
砷化镓抛光晶片表面沾污的二次离子质谱分析
摘
要
在砷 化镓 工 艺过程 中， 多失效 问题与 表 面的 沾污有 关 ， 次 离子质 谱 分析是 表 很 二
面分析 的有 力手段 ， 文提供 一种 用二 次 离子质 谱 分析检 测砷 化镓 表 面钠 、 法。
关 键词
二 次 离子 质谱
砷化 镓抛 光 晶 片 金属 表 面 沾污 次离 子 束 流 ５ Ａ， 描 面积 ２０ｘ ５ １ ｎ 扫 ５ １ Ｘ２０ｘ ｍ ｍ。检
射速率。 １ ２ 样 品处 理 ．
ｔ） 近３ ｒ 是 ｙ ０年来 迅 速 发展 起来 的一 种 分 析技 术 ， 当
具有一定能量的一次离子在真空或超高真空下 ， 轰 击样 品靶表 面 ， 会 从 中溅 射 出正 、 就 负二 次 离 子 ， 采
用质谱 法分 析二次 离子 就可 以得 到 ， 品表 面元 素 、 样 同位 素 、 化合 物 的组 分 及分 子 结 构 和 一定 的 晶格 信 息 。通过直 接二 次离 子 成 像 或 扫描 一 次 束 成 像 ， 可 得到 各种成 分 的面分 布 图像 ； 过 逐 层 剥离 可 获 得 通 各种 成分 的深度 分布情 况 。二次 离子 质谱 分析 可检 测从 氢开始 的所 有 的元 素 ， 且具 有很 高 的灵 敏 度 ， 并 此外其 深 度 分 辨 率 也 较 好 ］ 。与 常 用 的表 面 沾 污 检测 方法如 ： 反射 ｘ射 线 荧 光 光 谱 仪 （ Ｘ Ｆ 相 全 ＴＲ ）
二次 离子探 测 器 。
测试完成后 ， 出样品 ， 取 用探针轮廓仪测量溅射
坑深 。
２ 结果与讨论
二次离 子 质谱 深度 剖析得 到 的原始 数据 是元素
计 数 强 度对 时 间 的曲线 （ 图 １ ２ ， １为离 子 注 见 ，）图
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
砷化镓晶片表面自然氧化问题研究摘要：本文用椭偏仪测量砷化镓表面氧化层的厚度，并用XPS分析砷化镓表面氧化层的化学组成和氧化层的厚度，发现，清洗后的砷化镓晶片表面会发生自然氧化反应，自然氧化层主要有Ga203、As203、As2O以及少量As元素组成，且随着时间变长，氧化层的厚度越来越厚。
关键词：砷化镓，表面自然氧化，椭偏仪，XPS，氧化层厚度1 引言砷化镓属材料，最早出现砷化镓在半导体电学性能方面的研究报道是1952年，随着现代工业冶炼提纯技术的进步和微电子技术的发展，砷化镓材料成为III-V族化合物半导体中应用最为广泛、相关技术最为成熟的材料。
砷化镓材料具有高的电子迁移率和禁带宽度，是微波、毫米波器件的理想材料，同时采用半绝缘材料制作的超高速集成电路是雷达、电子对抗、计算机、卫星通信设备广泛用于国防、卫星通信等及其重要的领域。
同时使用低EPD和低电阻率的砷化镓材料可制成半导体发光器件，LED和LD等，具有耗电量小、寿命长、反应速度快等优点。
在实际使用过程中，我们发现砷化镓器件或LED、LD的性能除了跟单晶材料电学性能参数、单晶材料缺陷密度有关外，还跟晶片表面的特性有很大的关系，越来越多的研究表明，由于砷化镓表面的特殊性和复杂性，砷化镓表面的表面质量对器件的性能有很大的影响，所以有必要分析了解砷化镓表面的特性，以往的研究，大家大多集中在表面平整度、表面洁净度、表面缺陷等方面，对于砷化镓表面的微观化学构成、表面化学组分等方面研究较少。
本文采用椭偏仪、X射线光电子能谱仪（XPS）开展了砷化镓表面自然氧化问题的分析研究工作，并研究了解了砷化镓置于空气中自然氧化层的变化情况，为后续控制砷化镓晶片表面自然氧化问题提供了方向。
2测量分析原理2.1 使用设备：试验使用的椭偏仪为J.A. Woollam Co.，Inc.生产的M-2000D薄膜厚度测试仪；试验使用的X射线光电子能谱仪为美国PHI公司生产的PHI 5300 ESCA系统。
2.2：基本原理椭偏仪，是一种用于探测薄膜厚度、光学常数以及材料微结构的光学测量设备。
测量时并不与样品接触，对样品没有破坏且不需要真空，使得椭偏仪成为一种极具吸引力的测量设备。
椭圆偏光法涉及椭圆偏振光在材料表面的反射。
为表征反射光的特性，可分成两个分量：P和S偏振态，P分量是指平行于入射面的线性偏振光，S分量是指垂直于入射面的线性偏振光。
菲涅耳反射系数r描述了在一个界面入射光线的反射。
P和S偏振态分量各自的菲涅耳反射系数r是各自的反射波振幅与入射波振幅的比值。
大多情况下会有多个界面，回到最初入射媒介的光经过了多次反射和透射。
总的反射系数Rp和Rs，由每个界面的菲涅耳反射系数决定。
Rp和Rs定义为最终的反射波振幅与入射波振幅的比值。
XPS的原理是用X射线去辐射样品，使原子或分子的内层电子或价电子受激发射出来。
被光子激发出来的电子称为光电子。
可以测量光电子的能量，以光电子的动能/束缚能 binding energy，(Eb=hv光能量-Ek动能-W功函数)为横坐标，相对强度（脉冲/s）为纵坐标可做出光电子能谱图。
从而获得试样的组成元素，还得到元素化学价态的信息。
当一束能量为hv的X光（常用的Mg Ka线和Al Ka线的能量分别为1253.6eV和1486.6eV）照射到材料表面时，样品的芯能级和价带能级中的电子会被激发并逃逸到真空中。
此过程中，电子要克服其所在能级的结合能（即原子核对外层电子的束缚能）和材料表面的逸出功。
X射线可以穿透样片几微米，但其产生的光电子能够满足△E=hv-E-Φ的条件而逃离表面，进而检测到的几率却非常低。
在表面之下深度d处产生的光电子，其强度的衰减规律满足Beer-Lambert定律，对于表面覆盖有厚度d的氧化层的A材料，由上述方程可导出如下表面覆盖层信号与体信号之比的表达式：式中，Is和Ib分别为表面氧化层和基体的光电子信号强度，d为膜厚，在已知信号强度的情况下，可得到厚度d:本研究中的GaAs表面的氧化层厚度，即可有上式求得，Ga3d和As3d光电子的非弹射性平均自用里程为2.7nm，光电子的发射角为45°，可得到氧化层的厚度为：三：试验3.1 样品本研究试验所用晶片均为采用VGF法拉制的非掺半绝缘砷化镓单晶抛光片，晶向（100），且所有的样片取至于同一晶片的相邻区域。
样品A为：抛光清洗，然后氮气环境下使用去离子水洗净，并甩干的晶片；样片B为：抛光清洗后，在大气环境中放置3个月自然氧化，未进行任何处理的GaAs的晶片；样片C为：抛光清洗后，在大气环境中放置6个月自然氧化，未进行任何处理的GaAs的晶片；3.2 椭偏仪测试样品A按上述样品准备方式准备好后，将晶片在氮气环境下放置于小氮气周转箱，并将样片送至M-2000D薄膜厚度测试仪上进行测试；样片B、样片C在大气环境中分别放置3、6个月后将样片送至M-2000D薄膜厚度测试仪上进行测试，测试结果如下：表一3.3 XPS测试由于GaAs中电离截面最大的Ga2p和As2p谱线的结合能分别为1118eV和1326eV，我们常用的镁靶（Mg Ka）由于其入射能只有1253.6eV，并不适合做本文研究测试，因此选用铝靶（Al Ka）的射线，其入射能为1486.6eV，并将其作为激发源。
此外，由于XPS的信息深度与待测电子的非弹性散射平均自由程有关，在GaAs体系中As3d和Ga3d光电子的动能相似，平均自由程几乎相同，所代表的As和Ga元素来自同一深度区域，真实反映了该区域内的实际情况。
所以，本研究中主要用As3d和Ga3s谱线作为主要分析依据。
本研究使用的X射线光电子能谱仪为美国PHI公司生产的PHI 5300 ESCA系统，分析室真空度优于10-7Pa，X射线选用Al Ka，窄扫描能为35.7Ev，宽扫描能为89.15Ev.四：结果与讨论由椭偏仪测试结果图一可看出，样品A砷化镓表面的氧化层厚度为0nm，放置大气环境中自然氧化3个月的样片B砷化镓表面氧化层厚度为1.21nm，而放置大气环境中自然氧化6个月的样片C砷化镓表面氧化层厚度为1.51nm。
由XPS的全扫描图得知，几种砷化镓晶片表面均由Ga、As、O以及C元素组成。
其中，C元素可能是空气中的CO2吸附在晶片表面，在测试时，C原子被XPS检测出来。
同时XPS测量结果及氧化层厚度如表二：表二 A、B、C样品GaAs表面的XPS测量结果图一样片B、GaAs表面XPS全扫描图图二：A、B、C三个样品砷化镓晶片表面的Ga3d和As3d的XPS谱图A:抛光清洗后氮气保护B:抛光清洗后处于大气环境3个月C:抛光清洗后处于大气环境6个月由图二可以看出，A样品砷化镓表面在抛光清洗后，在进行氧化反应前并没有明显的氧化物存在，均以Ga3d（19.1Ev）和As3d(41.1eV)存在，而B、C两个样品在Ga3d（19.1Ev）和As3d(41.1eV)谱峰的高结合能端都出现新的氧化态，对照手册，Ga3d高结合能端的谱峰（20.4eV-20.6eV）对应的是Ga的氧化物Ga2O3，As3d高结合能端的则呈现多种谱峰，分别为41.1eV、42.3eV、44.7eV、45.7eV，对应的分别为As、GaAs、As2O3、As2O5。
可见，B、C样片在抛光清洗后处于大气环境中晶片表面会发生自然氧化反应，其自然氧化层主要为As和Ga2O3、As2O3、As2O5组成。
所以，砷化镓表面自然氧化层中Ga只有一种Ga2O3，而As除了氧化物外还生成了元素As。
有研究认为，砷化镓表面的氧化一般会发生如下反应：302+2GaAs → As2O3+ Ga2O3402+2GaAs → As2O5+Ga2O3同时砷化镓表面的氧化层仍会与砷化镓本体发生如下反应：As2O3+2GaAs→Ga2O3+4As3As2O5+10GaAs_+5Ga2O3+16As由于Ga/As的化学性质不同，Ga原子较As原子性质活跃，所以，砷化镓表面发生氧化反应时，空气中的氧分子优先与砷化镓中的Ga原子发生反应，生成较稳定的Ga2O3。
另外，反应生成的As2O3、As2O5又会与GaAs反应生成Ga2O3，而砷化镓表中As原子则与氧分子的反应较慢，随着样片搁置在大气环境自然氧化时间越长，在表面氧化层中，Ga2O3的含量越积越多，砷化镓表面自然氧化层中明显富镓，另外，根据砷化镓反应热力学相关研究，As2O5 比As2O3优于与GaAs本体发生，所以砷化镓表面氧化层中As2O3的比例要高于As2O5。
表二 A、B、C样品GaAs表面自然氧化层中各组成化合物的相对含量表二列出了A、B、C三个样片由XPS测得的砷化镓晶片表面化合物组成及相对百分比含量。
可以看出，A样片抛光清洗后防氧化处理后表面化合物只有极小含量的Ga2O3，基本上为GaAs本体；B样片搁置在大气环境下自然氧化3个月，表面明显被氧化，表面氧化层由Ga2O3、As2O3、As2O5、As、GaAs组成，其中GaAs百分比含量最高；C样片搁置在大气环境下自然氧化6个月，表面也被氧化，其表面氧化层由Ga2O3、As2O3、As2O5、As、GaAs组成，但是Ga2O3、As2O3、As2O5、As的百分比含量明显大于B样片表面氧化层的相对应的组分百分比。
从B、C两个样品表面氧化层中镓的氧化物含量明显高于As的氧化物含量；且砷的氧化物中低价态的砷的氧化物As2O3含量又高于高价态的氧化物As2O5。
表二提供了砷化镓表面XPS测试氧化层的厚度，B样片的氧化层厚度低于C样片的氧化层厚度，随着氧化层厚度的降低，氧化物总体含量也明显下降，同时GaAs本体的含量逐渐增加。
五：结论由以上研究，可以得出以下结论：1：砷化镓在空气中的氧化，主要形成Ga2O3、As2O3、As2O5和少量的元素As；2：砷化镓在空气中的氧化，与搁置在大气环境中的时间有一定关系，时间越长，氧化层厚度越厚；3：砷化镓表面氧化层越厚，氧化层中Ga2O3的百分比含量越高，表面富镓；4：椭偏仪测试砷化镓表面氧化层厚度和XPS测试砷化镓表面氧化层厚度虽然有些差异，但是呈现相同的现象，砷化镓表面自然氧化时间越长，氧化层厚度越厚；参考文献[1]Sugino T.,Nozu S.,Nakajima S., Phosphidization of GaAs by a remote phosphine plasma Process and its application to surface passivation of GaAs meatal-semiconductor field-effect transistors, Applied Physics Letters,1999, 74(20):2999[2]A.Y.Cho,Bonding direction and surface structure oriention on GaAs(100),J.,Appl.Phys,1976,47(7):2841-3[3]陆家和，陈长彦，表面分析技术，北京：清华大学出版社，1978[4]W.Ranke, K.Jacobi，Composition, structure, surface states and O2 Sticking coefficient for differently prepared GaAs(111) As Surface, Surf. Sci.1997,63:33-44[5]R.Z. Bachrach , R,A.Bauer, P.Chiaradia, Unified defect model and beyond,J.Vac.Sci.Technol,1981,18:797[6]Ren Diansheng(任殿胜)，Hua Qingheng(华庆恒)，et Chin． Cher~Phys．(化学物理学报)，1997，10：272[7]Liu Shihong(刘世宏)，Wang Danhang(王当憨)，Pan Chenghuang(潘承璜)．Analysis by X•ray Photoelectron Spectroscopy(x射线光电子能谱分析)，Beijing(北京)：Science Press(科学出版社)，1988．121[8]Hollinger G，Skheyta•Kabbani R M cendry．Phys．Rev．B，1994，49：11159[9]Flinn B J，McIntyre N S． Interface Ana1．，1990，15：19[10]Kans M G，Sa S H，Park H H，Suh K S，Oh K H．Thin Solid Film，1997，308-309：643[11]Berkovits V L，Lovova T V，Ulin V P．Vacuum，2OOO，57：201[12]Hong M，Kortan A R，Kwo J，et Vac．Sci．Techno1．B，2000，18：1688[13]Surdu．Bob C C，Saied S O，Sullivan J L．App1．Su Sci．，2001，183：126.。