[发明专利]一种氧化镓外延薄膜的制备方法

说明书

本发明涉及半导体材料制备领域，公开了一种氧化镓外延膜的制备方法。该方法以金属镓为镓源，氧气作为氧源，氩气作为运输气体，(0001)面Al₂O₃为衬底，采用等离子增强化学气相沉积法，衬底的加热温度在740‑900℃下，生长氧化镓外延薄膜。该方法借助辉光放电等离子体使含有薄膜组成的气态物质发生化学反应，进而实现薄膜材料生长，可以显著降低反应温度、提高薄膜沉积的效率和质量，制备的氧化镓外延膜性能优异，符合未来工业化量产的需求。

技术领域

本发明属于半导体领域，具体涉及一种氧化镓外延薄膜的制备方法。

背景技术

透明导电氧化物β-Ga₂O₃是一种新型的宽禁带半导体，室温下其禁带宽度约为4.9eV，击穿电场强度为8MV/cm。β-Ga₂O₃具有优异的化学和热稳定性以及高的紫外可见光透过率，同时通过掺杂容易获得良好的n型导电，可以同时满足透明导电电极所需的良好电导率和高光学透过率的要求，并在日盲光电探测器领域有着广泛的应用。此外，β-Ga₂O₃拥有高击穿场强和低损耗的特点使它在场效应晶体管等高功率器件领域也具有应用前景。目前生长β-Ga₂O₃外延膜的主要方法有分子束外延法(MBE)、金属有机化学气相沉积法(MOCVD)、磁控溅射法、脉冲激光沉积法(PLD)和化学气相沉积法(CVD)。然而，目前生长β-Ga₂O₃薄膜的方法都需要在高温下进行，而高温沉积会带来薄膜与衬底发生不必要的扩散与化学反应、薄膜或衬底材料的结构变化与性能恶化和薄膜与衬底中出现较大的热应力等问题，进而影响β-Ga₂O₃薄膜的质量。

发明内容

针对本领域存在的问题，本发明的目的是提出一种生长温度较低、生长速率较快、结晶质量较好的β-Ga₂O₃外延薄膜的制备方法。

实现本发明目的的技术方案为：一种氧化镓外延薄膜的制备方法，以金属镓为镓源，氧气作为氧源，氩气作为运输气体，(0001)面Al₂O₃为衬底，采用等离子增强化学气相沉积法，衬底的加热温度在740-900℃下，生长氧化镓外延薄膜。

具体地，包括以下步骤：将镓源和(0001)面Al₂O₃衬底分别放入管式炉加热区，并将腔体抽真空，通入氩气，调整真空腔内的压强，随后加热(0001)面Al₂O₃衬底，当温度升至740-900℃后，打开氧气阀门，调节氧气流量；打开射频电源，设置射频功率，在衬底上沉积氧化镓薄膜。

其中，所述将腔体抽真空后，腔体压强为1Pa；所述通入氧气后，腔体压强为3×10¹Pa。

优选地，所述射频功率为0-500W。

进一步地，所述的镓源为金属镓颗粒，纯度为99.999％；

优选地，氧气气流量范围为1～100sccm，氩气气流流量范围10～100sccm。

优选地，所述镓源和(0001)面Al₂O₃衬底依次沿着气流方向放置，所述镓源和(0001)面Al₂O₃衬底之间的距离为1-20cm。

优选地，所述镓源距离加热区最近的边缘的距离为10-20cm。

进一步地，所述(0001)面Al₂O₃衬底用丙酮、乙醇和去离子水分别超声清洗，并真空干燥。