[发明专利]氧化镓半导体结构、日盲光电探测器及制备方法

说明书

本发明提供一种氧化镓半导体结构、日盲光电探测器及制备方法，通过将氧化镓单晶晶片与绝缘体上硅中的顶层硅进行键合，可成功转移氧化镓薄膜，键合技术成熟，且通过将绝缘体上硅中的顶层硅氧化，能够有效解决漏电问题，可制备高质量、防漏电的氧化镓半导体结构，提高基于氧化镓半导体结构制备的器件性能，重要的是将氧化镓薄膜转移到硅衬底上，使得器件不仅能与CMOS工艺兼容，而且可以实现量产，对于基于氧化镓薄膜制备的日盲光电探测器的快速发展意义重大。

技术领域

本发明属于半导体制造领域，涉及一种氧化镓半导体结构、日盲光电探测器及制备方法。

背景技术

第三代的宽禁带半导体(禁带宽度E_g＞2.3eV)材料，包括碳化硅、氧化锌、氮化镓、氧化镓等，由于具有耐击穿电压高、电子迁移率大、热稳定性好、抗辐射能力强等优势，越来越多的被应用到光电子器件。

氧化镓作为第三代宽带隙半导体材料，禁带宽度为4.5eV～4.9eV，具有高的透光率、热稳定好、机械强度高、制备工艺简单等优点，是一种理想的日盲紫外敏感材料。目前氧化镓难以实现p型掺杂，且异质外延高质量的氧化镓薄膜仍十分困难，而金-半-金光电探测器制备简单、响应度高以及与现代CMOS工艺兼容，因此金-半-金型薄膜探测器是目前氧化镓日盲探测中最广泛使用的形式。

根据目前的调查研究，氧化镓的体材料正在日趋成熟，薄膜材料的制备方法也有所发展，常用的外延方法包括MBE、MOCVD、PLD等，但是外延生长的β型氧化镓(β-Ga₂O₃)单晶薄膜的质量依赖于晶格匹配、生长温度、原材料供应、沉积速率和退火温度等因素，要生长出高质量的β-Ga₂O₃单晶薄膜十分困难，并且可重复性较差、成本高、效率低。然而单晶薄膜的质量是决定光电探测器性能是否优良的关键因素，例如，β-Ga₂O₃薄膜中的氧空位缺陷作为陷阱中心俘获光生载流子，将导致更长的开关时间，结构位错作为有效的复合中心将降低探测器的响应度，此外，缺陷引起的非本征跃迁，可能降低探测器对探测波长的选择性，影响对日盲波段的探测。因此制备高质量的氧化镓薄膜极其重要，然而目前薄膜的制备方法还未能实现高性能氧化镓日盲光电探测器的制备。

基于此，制备出和体材料同样质量的氧化镓薄膜成为最关键的问题，通过离子束剥离的方法将单晶氧化镓薄膜转移到硅(Si)异质衬底上是目前制备单晶氧化镓薄膜的最佳方法，但是通过氧化镓直接与Si衬底键合存在漏电的情况，影响器件的性能，同时氧化镓与Si衬底上的氧化硅(SiO₂)键合技术尚未成熟。

因此，提供一种氧化镓半导体结构、日盲光电探测器及制备方法实属必要。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种氧化镓半导体结构、日盲光电探测器及制备方法，用于解决现有技术中，通过氧化镓薄膜直接与硅衬底键合，将单晶氧化镓薄膜转移到硅异质衬底上，所存在的漏电及影响器件性能的问题，以及氧化镓薄膜与氧化硅键合技术不成熟的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种氧化镓半导体结构的制备方法，包括以下步骤：

提供氧化镓单晶晶片，所述氧化镓单晶晶片的一表面为抛光面；

自所述氧化镓单晶晶片的抛光面进行离子注入，以于所述氧化镓单晶晶片的预设深度处形成缺陷层，制备第一复合结构；

提供绝缘体上硅，所述绝缘体上硅包括依次叠置的底层硅、绝缘氧化层及顶层硅，且所述顶层硅的表面为抛光面；

将所述氧化镓单晶晶片的抛光面与所述顶层硅的抛光面键合，制备第二复合结构；