[发明专利]一种氧化镓外延膜的制备方法及氧化镓外延膜

说明书

技术领域

本发明涉及半导体材料制备领域，特别涉及一种氧化镓外延膜的制备方法及氧化镓外延膜。

背景技术

Ga₂O₃凭借着其优异的光电特性及其在半导体光电器件领域的潜在应用越来越受到人们的关注。Ga₂O₃材料有五种同分异构体：α，β，γ，δ，ε，其中最稳定的是β异构体，当加热至1000℃以上或水热条件（即湿法）加热至300℃以上时，所有其他的异构体都会被转换为β异构体。Beta-氧化镓（Ga₂O₃）是一种宽禁带透明的氧化物半导体材料（Eg=4.9eV）。β-Ga2O3单晶具有一定的电导率，不易被化学腐蚀，并且机械强度高，高温下性能稳定，有高的可见光和紫外光的透明度，尤其在紫外和蓝光区域透明，这是传统的透明导电材料所不具备的，可以取代传统的蓝宝石成为GaN的最佳衬底，也由于其禁带宽度对应的波长为253nm，处于日盲波段，因此其在日盲波段的探测器领域有很大的发展潜力。但以上各种优异性能的实现都依赖于高质量单晶beta氧化镓材料的制备。目前制备单晶氧化镓膜材料的方法很多，主要有：射频磁控溅射（RF-MS）、脉冲激光沉积（PLD）、电子束蒸发（EBV）、分子束外延（MBE）、金属有机化学气相沉积（MOCVD）等。

根据以上各种制备方法的特点，MOCVD法是目前实现β-氧化镓单晶生长的实用方法之一，适合于未来的工业化量产。针对现有MOCVD技术的特点，在使用MOCVD制备氧化镓膜材料时，要使用金属有机物作为金属源（例如：TMGa、TEGa等）。由于金属有机源的使用，不可避免的在生长过程中引入碳元素及其相关化合物的污染，碳污染这一问题也是导致氧化镓膜材料质量下降的主要原因之一。因此，亟待一种氧化镓外延膜的制备方法。

发明内容

本发明的目的是：为了解决MOCVD法在生长β-氧化镓膜过程中碳及有机化合物污染的问题，提供一种氧化镓外延膜的制备方法氧化镓外延膜。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：提供了一种氧化镓外延膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：选取衬底，将其清洗后待用。

步骤2：操控MOCVD设备，将衬底送入样品预处理室，对反应室抽真空。

步骤3：当反应室真空度至6×10^-4Pa以下，将衬底由预处理室送入反应室中，加热放置衬底的托盘，托盘升温到高于氧化镓膜生长温度50~200℃后，将衬底进行热处理10~60min。

步骤4：完成上述步骤后，将托盘温度降到氧化镓膜生长温度300-1200℃中预设温度点，让托盘旋转，准备进行氧化镓膜的外延生长。

步骤5：选择镓源类型，并调节镓源温度、镓源瓶压力、主载气和辅助载气（载气为惰性气体，如：Ar、N₂）流量。

步骤6：选择氧源类型，所述氧源分为气体源和液体源，当氧源为气体源时，直接调节氧源流量；当氧为液体源时，需要通过调节氧源载气流量来调节氧的摩尔流量。

步骤7：调节镓源和氧源的供给量为预设的六三比。

步骤8：选择辅助反应气体的类型，并调节辅助反应气体的流量。

步骤9：选择预定的反应源供给模式，生长室压力控制在0.01~500torr范围内，稳定生长参数，实现氧化镓膜的外延生长。

步骤10：根据所要制备的氧化镓膜的厚度，控制生长速度为0.02~4μm/h，精确控制生长过程中各生长参数在设定值，并选择合适的生长时间，达到所要沉积的膜厚度。

步骤11：当氧化镓膜生长过程结束后，对其进行原位退火处理或者直接降温至室温后取样，完成高质量氧化镓外延膜的制备。

其中，所述步骤4中托盘的转速为30~1200转/分。

其中，所述镓源为三甲基镓或三乙基镓，镓源温度范围为-50℃~50℃，镓源瓶压力范围为1~10³torr，主载气流量范围为1~10³sccm，辅助载气流量范围10~10³sccm。

其中，所述氧源为气体氧源，所述气体氧源为臭氧、氧气、笑气、氧等离子体的一种或多种，气体流量范围为1~10³sccm。

其中，所述辅助反应气体为含氢的化合物，包括：氢气、水蒸气，双氧水，气体流量范围为0~10³sccm；此处的“0”流量表明无辅助反应物。