一种半导体光电器件的表面钝化方法技术

本发明专利技术提出一种半导体光电器件的表面钝化方法，该方法在半导体光电器件的表面覆盖一层硫原子层，在该硫原子层上覆盖一层介质膜。该原子层可通过阳极硫化方法形成。介质层可以是SiO2或ZnS。本发明专利技术在电化学反应过程中，硫原子与器件表面的悬挂键结合，从而封闭了表面悬键产生的电子通道，隔绝了器件表面的电子-空穴的复合机制，具有操作简单，成本低，钝化效果显著的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体技术，主要是一种对半导体光电器件的表面钝化方法。本专利技术可以应用在例如锑化物红外光电子器件制造过程中，达到提高光电器件性能的目的。
技术介绍
随着科学技术的进步，半导体光电器件，如半导体激光器，探测器等的应用日渐广泛。半导体光电器件在光通信、光信息接收和处理等方面，有着其他器件所无法代替的优越性能，在军用、民用方面有着非常广阔的前景。但是在以半导体PN结为基础的光电器件在制造过程中，表面处理工艺对器件的性能有着非常大的影响。器件的表面漏电流是限制器件工作效率的主要因素之一。由于在材料生长和器件的制造过程中，在半导体-空气界面形成悬键，在表面形成电子通道，降低了电子-空穴的产生复合率，从而降低了光电器件的效率。因此，减少表面漏电流，是表面处理工艺中提高器件性能非常重要的一步。现有的器件制备过程中，应用的表面钝化方法有很多，但钝化效果有好有坏，且部分工艺较为复杂。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术的目的是提供一种半导体光电器件的表面钝化方法，以抑制半导体光电器件的表面漏电流，改善其性能。(二)技术方案为达到上述目的，本专利技术提出一种半导体光电器件的表面钝化方法，包括如下步骤：在所述半导体光电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介质膜。根据本专利技术的具体实施方式，所述硫原子层通过电镀形成。根据本专利技术的具体实施方式，所述电镀过程采用的电镀液为Na2S的乙二醇溶液或NH4S的水溶液。根据本专利技术的具体实施方式，所述电镀液的浓度为0.1～0.2mol/L。根据本专利技术的具体实施方式，在所述电镀过程，将所述半导体光电器件的表面的材料固定在电解质溶液中，作为阳极。根据本专利技术的具体实施方式，所述介质层是SiO2或ZnS。根据本专利技术的具体实施方式，所述介质层通过磁控溅射或化学气相沉积的方法形成。根据本专利技术的具体实施方式，在所述半导体光电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。(三)有益效果本专利技术提出的半导体光电器件的表面钝化方法是在器件表面形成一层致密均匀的单质硫，在电化学反应过程中硫原子与器件表面的悬挂键结合，从而封闭了表面悬键产生的电子通道，隔绝了器件表面的电子-空穴的复合机制，本专利技术具有操作简单，成本低，钝化效果显著的优点。并且，本专利技术的半导体光电器件的表面钝化方法，能高效地切断半导体-空气界面的悬键，尽管硫原子层在空气中不稳定需要在其上覆盖一层稳定的介质膜，但与单纯覆盖宽带隙介质膜相比悬挂键切断效率更高，与覆盖SU-8胶相比大大节约了成本，具有非常广阔的应用前景。附图说明图1是本专利技术的一个实施例的阳极硫化的流程图；图2是本专利技术的一个实施例的阳极硫化电路装置图；图3是本专利技术的一个实施例的制备完成后的钝化膜SEM图像；图4中本专利技术的一个实施例的的器件在钝化前后暗电流对比图。具体实施方式总的来说，本专利技术提出的半导体光电器件的表面钝化方法，是在半导体光电器件的表面覆盖一层硫原子层，之后覆盖一层介质膜。所述硫原子层可以用电镀的方法沉积一层致密均匀的单质硫。在电镀时，电镀阳极为需要钝化的半导体光电器件的表面材料，阴极可以为贵金属电极，如铂电极，电源为恒流源。在电镀前需充分去除其表面的氧化物。优选的，电镀时采用的电镀液为Na2S的乙二醇溶液或NH4S的水溶液。电镀液为Na2S的乙二醇溶液时，电镀前需要将所述半导体光电器件的要钝化的表面在乙醇溶液中充分浸泡以去除该表面的水分，否则会影响硫原子层的致密性。随电镀时间增加，致密均匀的单质硫原子层表面呈现由金黄色到橙红色到蓝紫色的颜色变化，不同显色对应的硫原子层的厚度和致密性均有区别。所述介质层可以是SiO2或ZnS等性质稳定的介质膜，从而能达到复合表面悬键的效果。当所述的介质膜为SiO2或ZnS时，可选取磁控溅射或化学气相沉积的方法覆盖，目的在于有效保护在空气中不稳定的硫原子层，防止其变性。通过实验证实，使用本专利技术发方法钝化后的半导体光电器件与未钝化时相比，在77K工作温度下暗电流降低了两个数量级，明显有降低表面漏电流的效果。为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术作进一步的详细说明。在该实施例中，半导体光电器件是InAs/GaSb红外光电导探测器。该探测器是用分子束外延技术在GaAs衬底上先生长出高质量的缓冲层，后制备1～3μm探测波段的InAs/GaSb超晶格外延片，再利用该外延片制造的红外光电导探测器。图1是本专利技术的一个实施例的阳极硫化的流程图，如图1所示，对该探测器的表面进行阳极硫化的过程包括：S1、去除待钝化的探测器表面的氧化物。在该实施例中，所述表面在盐酸溶液中浸泡去除表面氧化物，盐酸溶液为1∶10稀释浓盐酸所得溶液。S2、对所述探测器表面进行清洗。具体来说，在该实施例中，首先将所述表面在去离子水中清洗20s，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，以除该表面的水分子。S3、在所述探测器表面电镀一层硫原子层。在该实施例中，将所述表面的材料固定在电解质溶液中，作为阳极；在电解质溶液中放置铂电极，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是该实施例的阳极硫化电路装置图。该装置包括恒流源、阳极、阴极和容纳电解质溶液的容器。电解质溶液为Na2S的乙二醇溶液，或NH4S的水溶液，浓度为0.1～0.2mol/L。该实施例中，阳极为包括一个铜柱，待钝化的半导体光电器件的表面固定在阳极的铜柱上。接着，连接好通电电路并开启恒流源，开始电镀。达到预定电压时，关闭电源，取下衬底片。将所述器件表面在乙醇中将清洗，以去除残留电镀液，之后经过去离子水清洗，用氮气吹干，完成阳极硫化过程。在阳极硫化完成后，在所述硫原子层表面形成一个介质层。在该实施例中，在所述硫原子层表面生长SiO2或者ZnS，厚度为200～300nm。覆盖的介质膜可采用磁控溅射或者学气相沉积的方法形成，也可以采用其他方法形成，例如热蒸发的方法。本专利技术对具体形成方法不作限制。图3是该实施例所制备完成后的钝化层的SEM图像。如图3所示，硫原子层1为阳极硫化后在器件表面形成的致密均匀的单质硫，介质层2为磁控溅射生长的SiO2介质膜。图4中本专利技术的该本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体光电器件的表面钝化方法，包括如下步骤：在所述半导体光电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介质膜。

【技术特征摘要】
1.一种半导体光电器件的表面钝化方法，包括如下步骤：
在所述半导体光电器件的表面覆盖一层硫原子层，在所述硫原子层上
覆盖一层介质膜。
2.如权利要求1所述的半导体光电器件的表面钝化方法，其特征在
于，所述硫原子层通过电镀形成。
3.如权利要求2所述的半导体光电器件的表面钝化方法，其特征在
于，所述电镀过程采用的电镀液为Na2S的乙二醇溶液或NH4S的水溶液。
4.如权利要求3所述的半导体光电器件的表面钝化方法，其特征在
于，所述电镀液的浓度为0.1～0.2mol/L。
5.如权利要求2...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝宏玥，王国伟，向伟，蒋洞微，邢军亮，徐应强，牛智川，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11