[發明專利]一種半導體材料表面濕法鈍化方法

在審

• 申請號: 201710830574.5
• 申請日: 2017-09-08
• 公開（公告）號: CN107706088A
• 公開（公告）日: 2018-02-16
• 發明（設計）人: 周路;楊小天;遲耀丹;王歡;初學峰;閆興振;楊帆;高曉紅;王超;郭亮
• 申請（專利權）人: 吉林建筑大學
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明設計一種半導體材料表面濕法鈍化方法，具體涉及一種通過正二十烷硫醇溶液實現半導體材料表面穩定鈍化的新型方法，屬于半導體材料技術領域。

背景技術

III-V族半導體材料具有禁帶寬度大，電子遷移率高，直接帶隙，耐高溫等特點，成為繼Si后最具潛力的半導體材料體系，在半導體激光器，太陽能電池，MOS場效應晶體管，光探測器等領域獲得矚目應用。但是由于缺乏像Si/SiO₂體系中穩定的鈍化層，III-V族半導體材料表面缺陷密度很高，引起費米能級釘扎和高的表面復合速率，直接影響了器件外延層的質量以及整個器件的光電性能。濕法硫鈍化是公認的降低III-V族半導體材料表面態有效手段之一，利用硫化物溶液浸泡半導體材料，可以有效去除材料表面的自體氧化層，同時S與III-V族半導體表面原子形成共價鍵，進一步降低表面態密度，相應的硫化物層還能抑制表面再次被氧化。目前，已經報道的硫化物鈍化液主要包括NaS₉H₂O，(NH₄)₂S，S₂Cl，CH₃CSNH₂等，但是(NH₄)₂S、S₂Cl鈍化時易揮發H₂S有毒氣體，NaS鈍化存在鈉離子污染問題，并且這些硫化物鈍化還存在一個突出的共性缺點，就是鈍化處理后生成的硫鈍化層很薄，只有1-2個原子層厚度，因此空氣中的氧原子仍可以穿透鈍化層侵蝕下面的半導體表面，導致鈍化效果下降，不利于III-V族半導體材料的后續應用。因此急需一種高效的硫鈍化方法，能實現III-V族半導體材料表面穩定的鈍化保護效果。

發明內容

本發明的目的在于提供一種半導體材料表面穩定的硫鈍化方法，同時工藝簡單，可以滿足半導體材料的實際應用。具體地說，本發明提出采用正二十烷硫醇做為硫化物鈍化液，在特定的條件下與半導體材料反應，有效去除材料表面的氧沾污，同時在半導體表面自組裝上長碳鏈硫醇分子層，退火處理后，實現表面穩定的鈍化保護。

本發明是這樣實現的，首先將半導體晶片依次置于丙酮、乙醇、去離子水中超聲清洗，去除表面的有機沾污，經去離子水沖洗干凈后，放入稀釋HF溶液中浸泡，以去除表面較厚的氧化層，然后置于正二十烷硫醇(CH₃[CH₂]₁₉SH)的乙醇溶液中開始鈍化，直至半導體表面自組裝上長碳鏈硫醇分子層，隨后將晶片取出，進行異丙醇溶液超聲處理和氮氣吹干，最后在氮氣條件下進行退火處理。

本發明的效果在于：1、采用正二十烷硫醇的乙醇溶液作為硫鈍化液，極大的減少了H₂S等有毒氣體的揮發；2、溶劑中不含水，有效抑制了溶液中殘留氧對鈍化膜的氧化侵蝕；3、該鈍化方案可以在半導體材料表面形成較厚硫鈍化層(1～3nm)，結合退火工藝，進一步去除鍵合力較差的含S化學鍵和非晶硫層，增強鈍化穩定性。

附圖說明

圖1是正二十烷硫醇鈍化半導體材料的原理示意圖。

圖2是代表性的III-V族半導體材料GaAs經正二十烷硫醇鈍化、并置于空氣12小時后，與未經鈍化處理的GaAs晶片的PL測試對比圖。

具體實施方式

步驟1：將半導體晶片依次置于丙酮、乙醇、去離子水中超聲清洗5～10min去除表面的有機沾污，隨后用去離子水沖洗干凈；

步驟2：將清洗好的晶片放入HF(HF∶H₂O＝1∶1)溶液中浸泡3min～10min，去除晶片表面較厚的氧化層；

步驟3：將晶片放入正二十烷硫醇(CH₃[CH₂]₁₉SH)的乙醇溶液中鈍化，其中硫醇的濃度5mM～10mM，室溫條件下鈍化不少于24h；

步驟4：晶片取出后，放入異丙醇溶液中超聲不低于5min，隨后用高純氮氣吹干；

步驟5：將晶片在氮氣條件下進行退火處理，溫度200±20℃，時間30min±5min。