CN106591838A - 一种采用复合膜进行InGaAs器件表面钝化的方法 - Google Patents

一种采用复合膜进行InGaAs器件表面钝化的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种采用复合膜进行InGaAs器件表面钝化的方法，该方法在InGaAs器件的表面覆盖一层硫原子层，在该硫原子层上覆盖一层氮化硅或氧化硅介质膜。该原子层通过阳极硫化方法形成。本发明在电化学反应过程中，硫原子与器件表面的悬挂键结合，从而封闭了表面悬挂键产生的电子通道，隔绝了器件表面的电子‑空穴的表面复合机制，具有操作简单，成本低的优点。

Description

一种采用复合膜进行InGaAs器件表面钝化的方法
技术领域
本发明涉及一种采用复合膜进行InGaAs器件表面钝化的方法，主要是在InGaAs器件制造过程中，达到提高光电器件性能的目的。属半导体技术领域。
背景技术
InGaAs探测器具有在相对较高温度下仍有较好的性能、迁移率高、可靠性好等特点，长线列和面阵InGaAs焦平面探测器已逐渐应用于空间遥感与夜视、侦察与监视、红外光谱成像等众多领域。但是，同其它化合物半导体一样，其表面由于缺陷和氧化物的存在，形成了很高的表面或界面态密度，从而会导致表面漏电流的形成，而表面漏电流会影响其光电响应特性。所以如想要研制出性能优良的InGaAs器件，需对器件进行表面钝化处理是必不可少的一个工艺环节，表面钝化处理可以起到降低表面态密度和表面复合速度，减小表面漏电流的作用。
但现有的InGaAs器件制造过程中，主要使用介质膜氮化硅或氧化硅进行表面钝化，但抑制表面漏电的效果不彻底，还有待改进。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术不同，提供一种采用复合膜进行InGaAs器件表面钝化的方法，以抑制InGaAs器件的表面漏电流，改善其性能。
为达到上述目的，本发明提出一种采用复合膜进行InGaAs器件表面钝化的方法，包括如下步骤：所述在InGaAs器件的表面先覆盖一层硫原子层，之后再覆盖一层介质层。
在所述InGaAs器件的表面覆盖所述硫原子层之前，预先对所述表面去除氧化层。
所述硫原子层是通过电镀形成。
所述电镀过程采用的电镀液为Na2S的乙二醇溶液。
所述电镀液浓度为0.1-0.5mol/L。
在所述电镀过程中，其InGaAs器件的表面材料作为阳极固定在电镀液中。
所述介质层为氮化硅或氧化硅。
所述介质层通过化学气相沉积的方法形成。
本发明所述的氮化硅或氧化硅介质层采用化学气相沉积的方法覆盖，化学气相沉积目的在于有效保护硫原子层，防止其在空气中被氧化。
本发明在电化学反应过程中，硫原子与器件表面的悬挂键结合，从而封闭了表面悬挂键产生的电子通道，隔绝了器件表面的电子-空穴的表面复合机制，具有操作简单，成本低的优点。
本发明的方法能够有效减少器件表面悬挂键的产生，同时物理钝化层能够隔绝空气保证电化学钝化的长期有效性，从而提高器件的性能。
附图说明
图1是本发明实例阳极硫化的流程图。
图2是本发明实施例的阳极硫化电路装置图。
图3是本发明实施例所制备完成后的试样表面的XPS全谱图。
图4是本发明实施例所制备完成后的试样各个元素的深度分析图。
具体实施方法
本发明提出InGaAs器件的表面钝化方法，它是在InGaAs器件的表面覆盖一层硫原子层，之后覆盖一层氮化硅或氧化硅介质层。
所述硫原子层通过电镀形成。
所述电镀过程采用的电镀液为Na2S的乙二醇溶液。
所述电镀液浓度为0.1-0.5mol/L。
在所述电镀过程中，所述InGaAs器件的表面的材料作为阳极固定在电镀液中。
所述介质层是氮化硅或氧化硅。
所述介质层通过化学气相沉积的方法形成。
在所述InGaAs器件的表面覆盖所述硫原子层之前，对所述表面去除氧化层。
本发明电化学反应将需要钝化的器件表面浸入特定浓度的电镀液中，利用特定电流生长一层致密的硫单质层。
本发明的方法是将电化学反应与物理隔离层相结合的InGaAs器件的表面钝化方法。其中硫原子层是通过电镀的方法沉积一层致密的硫化层。在电镀时，电镀阳极为需要钝化的InGaAs器件的表面材料，阴极为铂电极，电源为恒流源，在电镀前需充分去除其表面氧化物。电镀时采用的电镀液为Na2S的乙二醇溶液，电镀前需要将所述的InGaAs器件要钝化的表面充分浸泡在乙醇溶液中以去除表面的水分，否则会对硫原子层的致密性造成影响。随电镀电流增加，大小从4mA增到8mA，试样表面颜色依次变深，不同深浅的颜色对应的硫原子层的厚度和致密性均有区别，颜色越深硫化层膜厚越厚。
为使本发明的目的，技术方案和优点更加清楚明白，以下参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
本发明提出了的InGaAs器件的表面钝化方法，是在InGaAs器件的表面覆盖一层硫原子层，之后覆盖一层氮化硅或氧化硅介质层。
所述硫原子层是通过电镀的方法沉积一层致密的硫化层。在电镀时，电镀阳极为需要钝化的InGaAs器件的表面材料，阴极为铂电极，电源为恒流源，在电镀前需充分去除其表面氧化物。
电镀时采用的电镀液为Na2S的乙二醇溶液，电镀前需要将所述的InGaAs器件要钝化的表面充分浸泡在乙醇溶液中以去除表面的水分，否则会对硫原子层的致密性造成影响。
随硫化温度增加(温度从室温增到70℃)，制备的硫化层厚度没有太大变化。
随电镀液浓度增加(浓度大小从0.1mol·L-1增到0.5mol·L-1)，试样表面颜色变浅，不同深浅颜色对应的硫原子层的厚度和致密性均有区别，颜色越浅硫化层膜厚越薄。
随电镀电流增加(电流大小从4mA增到8mA)，试样表面颜色依次变深，不同深浅的颜色对应的硫原子层的厚度和致密性均有区别，颜色越深硫化层膜厚越厚。
所述氮化硅或氧化硅介质层用化学气相沉积的方法覆盖，目的在于有效保护硫原子层，防止其在空气中被氧化。
图1是本发明实施阳极硫化的流程图，如图1所示，对该InGaAs器件表面进行阳极硫化的过程包括：在所述InGaAs器件的表面覆盖一层硫原子层，在所述硫原子层上覆盖一层氮化硅或氧化硅介质层。
1)去除待钝化的InGaAs器件表面的氧化物。在该实施中，把所述表面在盐酸溶液中浸泡数分钟以去除表面氧化物，盐酸溶液为以1:10稀释37.5％w.t的浓盐酸所得溶液。
2)对所得InGaAs器件表面进行清洗。具体来说，在该实施中，首先将所述表面在去离子水中清洗30s，去除该表面残留的盐酸，之后将该表面在水中漂洗干净，然后将所述表面在乙醇溶液中清洗，以去除表面的水分子。
3)在所述InGaAs器件表面电镀一层硫原子层。在该实施中，将所述表面的材料固定在电镀液中，作为阳极；在电镀液中放置铂电极，作为阴极；然后连接阴极和阳极到有源电路中并通电，由此在该表面电镀一层硫原子层。
图2是该实施的阳极硫化电路装置图。该装置包括恒流源、阳极、阴极和容纳电镀液的方缸。电镀液为Na2S的乙二醇溶液。该实施中，阳极为一个铜钩，待钝化的InGaAs器件的表面被阳极的铜钩固定。接着连接好电路并开启恒流源，开始电镀。电压达到稳定后，关闭电源，取下器件，并将其在乙醇中进行清洗，以去除残留电镀液，之后经过去离子水清洗，用氮气吹干，阳极硫化过程完成。
表1、表2和表3分别是不同实验条件见下的阳极硫化。该实施中，分别改变硫化温度、电镀液浓度和短接电流三个实验条件中的一个进行实验，并对实验结果进行对比分析。
如图3所示，样品表面包含C、O、In、Ga、As、Cu、Cl和S八种元素，其中C和O可能是样品表面吸附了空气中的C和O所致，而Cu元素是因为电镀时所用的电镀液为硫酸铜，Cl元素可能来源于腐蚀的时候用的腐蚀液盐酸。
如图4所示，随着深度的增加，硫的含量逐渐减小，在深度大约为35nm处其含量减小到最小。
综上所述，本发明的方法是将电化学反应与物理隔离层相结合的InGaAs器件的表面钝化方法。电化学反应将需要钝化的器件表面浸入特定浓度的电镀液中，利用特定电流生长一层致密的硫单质层。本发明的方法能够有效减少器件表面悬挂键的产生，同时物理钝化层能够隔绝空气保证电化学钝化的长期有效性，从而提高器件的性能。
表1
电镀液浓度(mol·L-1) 硫化温度(℃) 短接电流(mA)
0.1 室温 8
0.1 40 8
0.1 70 8
表2
电镀液浓度(mol·L-1) 硫化温度(℃) 短接电流(mA)
0.1 40 8
0.5 40 8
表3
电镀液浓度(mol·L-1) 硫化温度(℃) 短接电流(mA)
0.1 40 8
0.1 40 6
0.1 40 4

Claims (9)

1.一种采用复合膜进行InGaAs器件表面钝化的方法，其特征在于，包括以下步骤：在InGaAs器件的表面先覆盖一层硫原子层，之后再覆盖一层介质层。
2.如权利要求1所述的采用复合膜进行InGaAs器件表面钝化的方法，其特征在于，在所述InGaAs器件的表面覆盖所述硫原子层之前，预先对所述表面去除氧化层。
3.如权利要求1或2所述的采用复合膜进行InGaAs器件表面钝化的方法，其特征在于，所述硫原子层是通过电镀形成。
4.如权利要求3所述的采用复合膜进行InGaAs器件表面钝化的方法，其特征在于，所述电镀过程采用的电镀液为Na2S的乙二醇溶液；所述电镀液浓度为0.1-0.5mol/L。
5.如权利要求3所述的采用复合膜进行InGaAs器件表面钝化的方法，其特征在于，在所述电镀过程中，其InGaAs器件的表面材料作为阳极固定在电镀液中；所述介质层为氮化硅或氧化硅。
6.如权利要求5所述的采用复合膜进行InGaAs器件表面钝化的方法，其特征在于，所述介质层通过化学气相沉积的方法形成。
7.一种制备权利要求1所述的采用复合膜进行InGaAs器件表面钝化的方法，其特征在于，将拟钝化InGaAs器件的表面采用铜钩固定，让钝化InGaAs器件的表面作为阳极，阴极为铂电极，然后连接阴极和阳极到有源电路中并通电，电源为恒流源，由此在该表面电镀一层硫原子层。
8.如权利要求7所述的采用复合膜进行InGaAs器件表面钝化的方法，其特征在于，在电镀前需要将所述的InGaAs器件要钝化的表面充分浸泡在乙醇溶液中以去除表面的水分，InGaAs器件要钝化的表面在盐酸溶液中浸泡数分钟以去除表面氧化物，盐酸溶液为以1:10稀释37.5％w.t的浓盐酸所得溶液。将所述InGaAs器件要钝化的表面在去离子水中清洗30s，去除该表面残留的盐酸，之后将该表面在水中漂洗干净，然后将所述表面在乙醇溶液中清洗，以去除表面的水分子。
9.如权利要求7或8所述的采用复合膜进行InGaAs器件表面钝化的方法，其特征在于，电镀时采用的电镀液为Na2S的乙二醇溶液，乙二醇溶液的浓度为0.1-0.5mol/L；随电镀电流增加，电流从4mA增到8mA，电压达到稳定后，关闭电源，取下InGaAs器件，并将InGaAs器件在乙醇中进行清洗，以去除残留电镀液，之后再采用去离子水清洗，用氮气吹干，阳极硫化过程完成。
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