[发明专利]一种高质量Ga2

说明书

一种高质量Ga₂O₃薄膜及其异质外延制备方法，属于半导体薄膜材料制备技术领域。包括如下步骤：利用MOCVD在c面蓝宝石上外延GaN薄膜，制成GaN/蓝宝石基底；将GaN/蓝宝石基底放置于高温氧化炉中，在900～1000℃下通入高纯氧气2～5小时后，升温至1100～1200℃继续通入氧气1～2小时；降温后得到Ga₂O₃/GaN/蓝宝石基底；利用MOCVD在Ga₂O₃/GaN/蓝宝石基底上采用温度渐变外延工艺继续外延Ga₂O₃，获得高质量的Ga₂O₃薄膜材料。本方法将GaN薄膜材料通过两步热氧化工艺制成Ga₂O₃/GaN/蓝宝石基底，并利用温度渐变工艺外延Ga₂O₃薄膜材料，可显著提高Ga₂O₃薄膜的晶体质量。该方法可用于Ga₂O₃基异质衬底器件的制备，且工艺简单，生产成本低。

技术领域

本发明属于半导体薄膜材料制备技术领域，特别是涉及一种高质量Ga₂O₃薄膜及其异质外延制备方法。

背景技术

氧化镓(Ga₂O₃)是一种直接带隙宽禁带半导体材料，最稳定相为单斜晶系β-Ga₂O₃结构。β-Ga₂O₃(以下简称为Ga₂O₃)与SiC和GaN材料相比：第一， Ga₂O₃的禁带宽度更大，击穿场强更高，这使得该材料在3～4kV甚至于更高电压下仍可以单极器件的模式工作。另外，尽管Ga₂O₃的迁移率低于GaN和SiC，但是其高击穿场强仍可以增加其Baliga最优值(∝μE_br³)，使之利于金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)制备。第二，氧化镓材料的导通电阻理论值很低，这使得其单极器件在相同条件下的导通损耗比SiC和GaN器件低一个数量级以上，有利于制备损耗更低的器件，进而提高MOSFET器件的效率。上述优点使得Ga₂O₃器件在高压电子器件领域具有广阔的研究开发前景。

由于Ga₂O₃薄膜的异质外延技术目前还不成熟，衬底与薄膜间较大的晶格失配难以消除，这导致异质外延生长的Ga₂O₃薄膜的晶体质量无法提高。这严重限制了Ga₂O₃基的发展与应用。本发明提出一种高质量Ga₂O₃薄膜材料的异质外延制备方法。该制备方法采用蓝宝石单晶衬底，并与GaN系材料多层结构与热氧化技术相结合，可获得高质量Ga₂O₃薄膜材料。

发明内容

本发明的目的就是为解决上述Ga₂O₃异质外延晶体质量差的问题，提供一种高质量Ga₂O₃薄膜及其异质外延制备方法。