[发明专利]一种电子浓度稳定的高质量氧化镓薄膜及其制备方法

权利要求书

1.一种电子浓度稳定的高质量β-Ga₂O₃薄膜的制备方法，其步骤如下：

A、对c面蓝宝石衬底(1)依次进行丙酮、乙醇、去离子水超声清洗5～10分钟，然后进行NH₃等离子体钝化处理；

B、采用低温MOCVD工艺在步骤A得到的衬底(1)上生长Ga₂O₃低温缓冲层(2)，生长源为三甲基镓和高纯氧气，以高纯氩气作为三甲基镓的载气，高纯氩气流速为20～30sccm，氧气流速为400～500sccm，低温缓冲层(2)的低温生长温度为450～500℃，生长压强为30～50mbar；

C、采用高温MOCVD工艺在步骤B得到的Ga₂O₃低温缓冲层(2)上生长Si掺杂浓度逐级提高的Ga₂O₃薄层(3)，生长源为三甲基镓和高纯氧气，以高纯氩气作为三甲基镓的载气，高纯氩气流速为20～30sccm，高纯氧气流速为400～500sccm；掺杂源为硅烷气体，以高纯氮气作稀释气体，稀释后硅烷的浓度为50ppm；Ga₂O₃薄层(3)的生长温度为750℃～800℃，生长压强为15～30mbar；生长过程中硅烷气体流速从0开始稳定增加，流速增速为每分钟1sccm；

D、采用高温MOCVD工艺在Si掺杂浓度逐级提高的Ga₂O₃薄层(3)上生长Si掺杂的Ga₂O₃薄膜(4)，生长源为三甲基镓和高纯氧气，以高纯氩气作为三甲基镓的载气，高纯氩气流速为20～30sccm，高纯氧气流速为400～500sccm；掺杂源为硅烷气体，以高纯氮气作稀释气体，稀释后硅烷的浓度为50ppm；Ga₂O₃薄膜(4)的生长温度为750～800℃，生长压强为15～30mbar，硅烷流速为4～8sccm；

E、停止生长并升温至900℃～950℃，在MOCVD反应室内继续进行高温氧气退火，退火时间0.8～1.2小时，氧气流量为400～500sccm；

F、退火完成后降至室温，从MOCVD反应室内取出c面蓝宝石衬底(1)，从而在c面蓝宝石衬底(1)上得到电子浓度稳定的高质量β-Ga₂O₃薄膜。

2.如权利要求1所述的一种电子浓度稳定的高质量β-Ga₂O₃薄膜的制备方法，其特征在于：步骤A中，NH₃等离子体钝化处理的射频功率200～300W，温度350℃～400℃，处理时间4～5分钟。

3.如权利要求1所述的一种电子浓度稳定的高质量β-Ga₂O₃薄膜的制备方法，其特征在于：步骤B中，低温缓冲层(2)的生长时间为4～5分钟，厚度为40～80nm。

4.如权利要求1所述的一种电子浓度稳定的高质量β-Ga₂O₃薄膜的制备方法，其特征在于：步骤C中，Si掺杂浓度逐级提高的Ga₂O₃薄层(3)的生长时间为4～8分钟，厚度为50～100nm。

5.如权利要求1所述的一种电子浓度稳定的高质量β-Ga₂O₃薄膜的制备方法，其特征在于：步骤D中，Si掺杂的Ga₂O₃薄膜(4)的生长时间为50～60分钟，厚度为800～900nm。

6.一种电子浓度稳定的高质量β-Ga₂O₃薄膜，其特征在于：是由权利要求1～5任何一项所述的方法制备得到。