[发明专利]一种III族氮化物光电探测器钝化膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及光电子的技术领域，更具体地，涉及氮化硅钝化膜，尤其涉及一种III族氮化物光电探测器钝化膜及其制备方法。

背景技术

近年来，III族氮化物材料由于具有禁带宽度大，电子漂移饱和速度高，导热性能好，介电常数小，耐高温，耐腐蚀，抗辐射等特性，一直备受关注。其中，在紫外光探测领域，传统的光电倍增管或者硅基光电探测器在紫外探测时需要外加滤波片，而AlxGa1-xN（x=0~1）基III族氮化物由于宽禁带的特性具有本征滤波的效果，被看作是最具潜力的紫外探测半导体材料。但是，由于紫外信号在大气环境传播中衰减强烈，信号一般十分微弱，要求紫外探测器件具有低暗电流才能实现信号探测。此外，对于高灵敏度紫外光电探测，还要求探测器件具有高内部光电增益的性能，一般需要III族氮化物紫外光电探测器工作在高偏压条件下，利用器件内部的高电场产生光生载流子的倍增效应。另一方面，在可见光探测领域，基于InGaN的III族氮化物光电探测器可以通过InGaN异质结形成滤波结构，实现针对可见光通信信号的窄带带通响应（即光信号接收与滤波的集成化），提高对背景光噪声的抑制作用。在这一应用中，为了提高可见光通信系统的传输容量和传输距离，也要求InGaN基光电探测器具有低暗电流和高内部光电增益。通常，我们可将光电探测器暗电流的产生因素划分为体漏电流和表面漏电流两类。其中，体漏电流主要源自材料内部的缺陷，而表面漏电流主要源自器件工艺导致的表面缺陷。在表面缺陷中，台型光电探测器侧壁的表面缺陷因分布于边缘的侧壁处电场较高，不仅对光电探测器件的表面漏电有显著影响，而且也是导致器件在高偏压下提前击穿的重要原因。针对上述问题，表面钝化膜的选用及其制备是关键的改善途径之一。采用适当的表面钝化可以有效降低表面缺陷关联的界面态，同时使器件表面免受使用环境的影响，提高器件的稳定性和可靠性。

氮化硅材料凭借着其介电常数高、Na+离子阻挡能力强、致密性好和耐高温等优点，被广泛应用于器件钝化领域。有研究利用氮化硅单层薄膜作为III族氮化物雪崩光电二极管表面钝化膜，在降低器件漏电流或抑制提前击穿具有一定成效。而钝化膜的性能主要与其界面态特性和致密性有关，单层氮化硅钝化膜往往在这两方面顾此失彼。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种III族氮化物光电探测器钝化膜及其制备方法，为III族氮化物光电探测器提供一种兼具良好界面态特性和高致密性的双层氮化硅钝化膜，从而降低器件漏电流，抑制提前击穿，对于光电增益型器件则有助于提高增益。

制备氮化硅（SiN）薄膜时需要使用的气体包括硅烷（SiH₄）、氨气（NH₃）和氮气（N₂），沉积薄膜过程中通入不同比例的源气体和改变射频功率会影响氮化硅薄膜原子比例、薄膜应力、折射率、致密性等特性。氮化硅薄膜用作器件表面钝化时，这些参数主要体现为器件与钝化膜界面态特性以及钝化膜本身的致密性。界面态会形成漏电通道提高漏电流，也会改变器件的表面势，影响器件电场分布，导致器件提前击穿，更重要的是界面态可以起复合中心的作用，这几点在光电探测器的性能上都极为有害。此外，钝化膜的致密性主要体现其阻隔外界环境离子吸附以及增强器件耐压性的能力。因此，界面态特性及致密性都是钝化膜非常关键的性质。然而在特定的生长条件下，氮化硅薄膜的这两个特性并不是都能达到最优化的状态。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种III族氮化物光电探测器钝化膜，其中，钝化膜采用的材料是氮化硅，具有双层结构。

钝化膜包含10~50nm内层氮化硅钝化膜和200~400nm外层氮化硅钝化膜。所述的III族氮化物材料，具有台面结构，表面沉积两层氮化硅钝化膜。

一种III族氮化物光电探测器钝化膜的制备方法，其中包括以下步骤：

S1. 将光电探测器件采用有机溶液清洗洁净后放入反应腔，设定反应腔温度为200~350℃，设定腔体压强为500~1200mtorr，并通入氮气进行预热5~10min；

S2. 10~50nm内层氮化硅钝化膜生长；

S3. 200~400nm外层氮化硅钝化膜生长；

S4. 经光刻用BOE溶液腐蚀，露出器件电极以及透光窗口；

S5. 清洗掩膜。

所述的氮化硅钝化膜是通过化学气相沉积法生长的，主要采用等离子增强化学气相沉积生长设备，还可以使用APCVD、LPCVD、ALD 等设备。