GaN基 p-i-n型紫外探测器钝化工艺研究
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1.上海理工大学;2.中国科学院大学;3.中国科学院上海技术物理研究所

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中图分类号:

基金项目:

国家重点研发计划资助(2021YFA0715501)


GaN-based p-i-n type UV detector passivation process study
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University of Chinese Academy of Sciences

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    摘要:

    为了降低GaN基紫外探测器的漏电流并提升可靠性,钝化层膜系的选择及其工艺的优化是至关重要的。本文采用的钝化层有:等离子体增强化学气相沉积(PECVD)生长的Si3N4、电感耦合等离子体化学气相沉积(ICPCVD)生长的Si3N4和SiO2以及等离子原子层沉积(PEALD)生长的Al2O3,分别制备了GaN基金属-绝缘体-半导体(MIS)器件,对MIS器件的电流-电压(I-V)和电容-电压(C-V)特性进行了对比研究。采用PECVD生长的Si3N4作为钝化层,在GaN基MIS器件中具有较低的漏电流;通过在双层PECVD生长的Si3N4钝化层中引入一层PEALD生长的Al2O3,进一步降低了界面态密度:平均界面态密度从3.94×1013 eV-1cm-2降低到3.52×1011 eV-1cm-2。利用这种“三明治结构”钝化膜,制作了p-i-n型GaN基紫外雪崩探测器,与没有PEALD生长Al2O3的Si3N4膜系的探测器相比,在113 V反向偏压下的暗电流从3.73×10-8 A降至3.34×10-8 A。

    Abstract:

    In order to reduce the leakage current and improve the reliability of GaN-based UV detectors, the selection of the passivation layer film system and the optimization of its process are crucial. In this paper, GaN-based metal-insulator-semiconductor (MIS) devices were prepared using the following passivation layers: Si3N4 grown by plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD), Si3N4 and SiO2 grown by inductively coupled plasma chemical vapor deposition (ICPCVD), and Al2O3 grown by plasma atomic layer deposition (PEALD), respectively, to investigate the MIS The current-voltage (I-V) and capacitance-voltage (C-V) characteristics of the devices were studied comparatively. It was found that using PECVD-grown Si3N4 as the passivation layer has a lower leakage current in GaN-based MIS devices; by introducing a layer of PEALD-grown Al2O3 into the double-layer PECVD-grown Si3N4 passivation layer, the interfacial state density was further reduced: the average interfacial state density decreased from 3.94×1013 eV-1cm-2 to 3.52×1011 eV-1cm-2 .Using this "sandwich structure" passivation film, a p-i-n type GaN-based UV avalanche detector was fabricated, and the dark current at 113 V reverse bias was reduced from 3.73×10-8 A to 3.34×10-8 A compared with the detector of the Si3N4 film system without PEALD-grown Al2O3.

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  • 收稿日期:2023-08-28
  • 最后修改日期:2023-08-28
  • 录用日期:2023-09-11
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