一種半導(dǎo)體光電器件的表面鈍化方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種半導(dǎo)體光電器件的表面鈍化方法，該方法在半導(dǎo)體光電器件的表面覆蓋一層硫原子層，在該硫原子層上覆蓋一層介質(zhì)膜。該原子層可通過陽極硫化方法形成。介質(zhì)層可以是SiO2或ZnS。本發(fā)明在電化學(xué)反應(yīng)過程中，硫原子與器件表面的懸掛鍵結(jié)合，從而封閉了表面懸鍵產(chǎn)生的電子通道，隔絕了器件表面的電子-空穴的復(fù)合機(jī)制，具有操作簡(jiǎn)單，成本低，鈍化效果顯著的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】一種半導(dǎo)體光電器件的表面鈍化方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)，主要是一種對(duì)半導(dǎo)體光電器件的表面鈍化方法。本發(fā)明可以應(yīng)用在例如銻化物紅外光電子器件制造過程中，達(dá)到提高光電器件性能的目的。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，半導(dǎo)體光電器件，如半導(dǎo)體激光器，探測(cè)器等的應(yīng)用日漸廣泛。半導(dǎo)體光電器件在光通信、光信息接收和處理等方面，有著其他器件所無法代替的優(yōu)越性能，在軍用、民用方面有著非常廣闊的前景。但是在以半導(dǎo)體PN結(jié)為基礎(chǔ)的光電器件在制造過程中，表面處理工藝對(duì)器件的性能有著非常大的影響。器件的表面漏電流是限制器件工作效率的主要因素之一。由于在材料生長(zhǎng)和器件的制造過程中，在半導(dǎo)體-空氣界面形成懸鍵，在表面形成電子通道，降低了電子-空穴的產(chǎn)生復(fù)合率，從而降低了光電器件的效率。因此，減少表面漏電流，是表面處理工藝中提高器件性能非常重要的一步?，F(xiàn)有的器件制備過程中，應(yīng)用的表面鈍化方法有很多，但鈍化效果有好有壞，且部分工藝較為復(fù)雜。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003](一 )要解決的技術(shù)問題
[0004]本發(fā)明的目的是提供一種半導(dǎo)體光電器件的表面鈍化方法，以抑制半導(dǎo)體光電器件的表面漏電流，改善其性能。
[0005]( 二 )技術(shù)方案
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出一種半導(dǎo)體光電器件的表面鈍化方法，包括如下步驟:在所述半導(dǎo)體光電器件的表面覆蓋一層硫原子層，在所述硫原子層上覆蓋一層介質(zhì)膜。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，所述硫原子層通過電鍍形成。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，所述電鍍過程采用的電鍍液為Na2S的乙二醇溶液或NH4S的水溶液。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，所述電鍍液的濃度為0.1?0.2mol/L。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，在所述電鍍過程，將所述半導(dǎo)體光電器件的表面的材料固定在電解質(zhì)溶液中，作為陽極。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，所述介質(zhì)層是S12或ZnS。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，所述介質(zhì)層通過磁控濺射或化學(xué)氣相沉積的方法形成。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，在所述半導(dǎo)體光電器件的表面覆蓋所述硫原子層之前，對(duì)所述表面去除氧化層。
[0014](三)有益效果
[0015]本發(fā)明提出的半導(dǎo)體光電器件的表面鈍化方法是在器件表面形成一層致密均勻的單質(zhì)硫，在電化學(xué)反應(yīng)過程中硫原子與器件表面的懸掛鍵結(jié)合，從而封閉了表面懸鍵產(chǎn)生的電子通道，隔絕了器件表面的電子-空穴的復(fù)合機(jī)制，本發(fā)明具有操作簡(jiǎn)單，成本低，鈍化效果顯著的優(yōu)點(diǎn)。
[0016]并且，本發(fā)明的半導(dǎo)體光電器件的表面鈍化方法，能高效地切斷半導(dǎo)體-空氣界面的懸鍵，盡管硫原子層在空氣中不穩(wěn)定需要在其上覆蓋一層穩(wěn)定的介質(zhì)膜，但與單純覆蓋寬帶隙介質(zhì)膜相比懸掛鍵切斷效率更高，與覆蓋SU-8膠相比大大節(jié)約了成本，具有非常廣闊的應(yīng)用前景。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的陽極硫化的流程圖；
[0018]圖2是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的陽極硫化電路裝置圖；
[0019]圖3是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的制備完成后的鈍化膜SEM圖像；
[0020]圖4中本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的的器件在鈍化前后暗電流對(duì)比圖。

【具體實(shí)施方式】
[0021]總的來說，本發(fā)明提出的半導(dǎo)體光電器件的表面鈍化方法，是在半導(dǎo)體光電器件的表面覆蓋一層硫原子層，之后覆蓋一層介質(zhì)膜。
[0022]所述硫原子層可以用電鍍的方法沉積一層致密均勻的單質(zhì)硫。在電鍍時(shí)，電鍍陽極為需要鈍化的半導(dǎo)體光電器件的表面材料，陰極可以為貴金屬電極，如鉬電極，電源為恒流源。在電鍍前需充分去除其表面的氧化物。
[0023]優(yōu)選的，電鍍時(shí)采用的電鍍液為Na2S的乙二醇溶液或NH4S的水溶液。電鍍液為Na2S的乙二醇溶液時(shí)，電鍍前需要將所述半導(dǎo)體光電器件的要鈍化的表面在乙醇溶液中充分浸泡以去除該表面的水分，否則會(huì)影響硫原子層的致密性。
[0024]隨電鍍時(shí)間增加，致密均勻的單質(zhì)硫原子層表面呈現(xiàn)由金黃色到橙紅色到藍(lán)紫色的顏色變化，不同顯色對(duì)應(yīng)的硫原子層的厚度和致密性均有區(qū)別。
[0025]所述介質(zhì)層可以是S12或ZnS等性質(zhì)穩(wěn)定的介質(zhì)膜，從而能達(dá)到復(fù)合表面懸鍵的效果。當(dāng)所述的介質(zhì)膜為S12或ZnS時(shí)，可選取磁控濺射或化學(xué)氣相沉積的方法覆蓋，目的在于有效保護(hù)在空氣中不穩(wěn)定的硫原子層，防止其變性。
[0026]通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)，使用本發(fā)明發(fā)方法鈍化后的半導(dǎo)體光電器件與未鈍化時(shí)相比，在77K工作溫度下暗電流降低了兩個(gè)數(shù)量級(jí)，明顯有降低表面漏電流的效果。
[0027]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0028]在該實(shí)施例中，半導(dǎo)體光電器件是InAs/GaSb紅外光電導(dǎo)探測(cè)器。該探測(cè)器是用分子束外延技術(shù)在GaAs襯底上先生長(zhǎng)出高質(zhì)量的緩沖層，后制備I?3μπι探測(cè)波段的InAs/GaSb超晶格外延片，再利用該外延片制造的紅外光電導(dǎo)探測(cè)器。
[0029]圖1是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的陽極硫化的流程圖，如圖1所示，對(duì)該探測(cè)器的表面進(jìn)行陽極硫化的過程包括:
[0030]S1、去除待鈍化的探測(cè)器表面的氧化物。
[0031]在該實(shí)施例中，所述表面在鹽酸溶液中浸泡去除表面氧化物，鹽酸溶液為1: 10稀釋濃鹽酸所得溶液。
[0032]S2、對(duì)所述探測(cè)器表面進(jìn)行清洗。
[0033]具體來說，在該實(shí)施例中，首先將所述表面在去離子水中清洗20s，去除該表面殘留的鹽酸，之后將該表面在水中漂洗干凈；然后，將所述表面在乙醇溶液中清洗，以除該表面的水分子。
[0034]S3、在所述探測(cè)器表面電鍍一層硫原子層。
[0035]在該實(shí)施例中，將所述表面的材料固定在電解質(zhì)溶液中，作為陽極；在電解質(zhì)溶液中放置鉬電極，作為陰極；然后連接陰極和陽極到有源電路中并通電，由此在該表面電鍍一層硫原子層。
[0036]圖2是該實(shí)施例的陽極硫化電路裝置圖。該裝置包括恒流源、陽極、陰極和容納電解質(zhì)溶液的容器。電解質(zhì)溶液為Na2S的乙二醇溶液，或NH4S的水溶液，濃度為0.1?0.2mol/L。
[0037]該實(shí)施例中，陽極為包括一個(gè)銅柱，待鈍化的半導(dǎo)體光電器件的表面固定在陽極的銅柱上。接著，連接好通電電路并開啟恒流源，開始電鍍。達(dá)到預(yù)定電壓時(shí)，關(guān)閉電源，取下襯底片。將所述器件表面在乙醇中將清洗，以去除殘留電鍍液，之后經(jīng)過去離子水清洗，用氮?dú)獯蹈?，完成陽極硫化過程。
[0038]在陽極硫化完成后，在所述硫原子層表面形成一個(gè)介質(zhì)層。在該實(shí)施例中，在所述硫原子層表面生長(zhǎng)S12或者ZnS，厚度為200?300nm。覆蓋的介質(zhì)膜可采用磁控濺射或者學(xué)氣相沉積的方法形成，也可以采用其他方法形成，例如熱蒸發(fā)的方法。本發(fā)明對(duì)具體形成方法不作限制。
[0039]圖3是該實(shí)施例所制備完成后的鈍化層的SEM圖像。如圖3所示，硫原子層I為陽極硫化后在器件表面形成的致密均勻的單質(zhì)硫，介質(zhì)層2為磁控濺射生長(zhǎng)的S12介質(zhì)膜。
[0040]圖4中本發(fā)明的該實(shí)施例的半導(dǎo)體光電器件鈍化前后暗電流對(duì)比圖。如圖4所示，鈍化后的暗電流顯著的減小。
[0041]綜上所述，本發(fā)明的方法是將電化學(xué)反應(yīng)與物理隔離層相結(jié)合的半導(dǎo)體光電器件表面鈍化方法。電化學(xué)反應(yīng)是陽極硫化的電化學(xué)鈍化方法，是將需要鈍化的器件表面浸入特定配方的電解質(zhì)溶液，利用特定電流或電壓生長(zhǎng)一層均勻致密的硫單質(zhì)層。本發(fā)明的方法能夠有效減少器件表面懸掛鍵的產(chǎn)生，從而有效降低器件的表面漏電流，同時(shí)物理鈍化層能夠隔絕空氣保證電化學(xué)鈍化的長(zhǎng)期有效性，從而大幅提高半導(dǎo)體光電器件性能和可靠性。
[0042]以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種半導(dǎo)體光電器件的表面鈍化方法，包括如下步驟: 在所述半導(dǎo)體光電器件的表面覆蓋一層硫原子層，在所述硫原子層上覆蓋一層介質(zhì)膜。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體光電器件的表面鈍化方法，其特征在于，所述硫原子層通過電鍍形成。
3.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體光電器件的表面鈍化方法，其特征在于，所述電鍍過程采用的電鍍液為Na2S的乙二醇溶液或NH4S的水溶液。
4.如權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體光電器件的表面鈍化方法，其特征在于，所述電鍍液的濃度為0.1?0.2mol/L。
5.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體光電器件的表面鈍化方法,其特征在于，在所述電鍍過程，將所述半導(dǎo)體光電器件的表面的材料固定在電解質(zhì)溶液中，作為陽極。
6.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體光電器件的表面鈍化方法，其特征在于，所述介質(zhì)層是S12 *ZnS。
7.如權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體光電器件的表面鈍化方法，其特征在于，所述介質(zhì)層通過磁控濺射或化學(xué)氣相沉積的方法形成。
8.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體光電器件的表面鈍化方法，其特征在于，在所述半導(dǎo)體光電器件的表面覆蓋所述硫原子層之前，對(duì)所述表面去除氧化層。
【文檔編號(hào)】H01L31/0216GK104409525SQ201410674271
【公開日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2014年11月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月21日
【發(fā)明者】郝宏玥, 王國(guó)偉, 向偉, 蔣洞微, 邢軍亮, 徐應(yīng)強(qiáng), 牛智川 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所