[发明专利]基于斜切角衬底的Ⅲ族氧化物薄膜制备方法及其外延片

说明书

本公开提供一种基于斜切角衬底的III族氧化物薄膜制备方法及其外延片，制备方法包括：在具有斜切角的连续台阶形衬底(1)上外延缓冲层(2)；在缓冲层(2)上制备外延层(3)；其中，外延层(3)为单晶III族氧化物薄膜，缓冲层(2)和衬底(1)异质，缓冲层(2)和外延层(3)同质。通过在具有斜切角的连续原子级台阶形衬底上外延缓冲层，可以促使反应源的吸附原子在台阶边缘处生长，形成一致取向的生长模式，得到完整的单晶缓冲层薄膜，进而在单晶缓冲层薄膜上同质外延出高质量的单晶外延层薄膜。本方法工艺兼容性强，降低了生产高质量单晶III族氧化物薄膜的成本，便于对其进行推广使用。

技术领域

本公开涉及半导体技术领域，尤其涉及一种基于斜切角衬底的III族氧化物薄膜制备方法及其外延片。

背景技术

Ga₂O₃及其同系氧化物是新一代超宽禁带半导体材料，在电力电子器件、微波器件和深紫外光电器件中有巨大的应用前景。

现有高质量的Ga₂O₃薄膜主要依靠同质外延，所需要的高质量单晶 Ga₂O₃衬底，价格昂贵，不利于大规模量产。同时，同质外延生长，衬底选择单一，限制了Ga₂O₃薄膜制作异质结器件的应用。而现有的平面异质外延衬底，生长过程中源的气体分子可以在衬底平面上自由扩散，容易产生不同晶体取向的Ga₂O₃晶体，难以得到完整的高质量单晶薄膜。以及现有衬底材料导电性和导热性差，限制了外延片的在垂直器件中的应用，并影响器件在大电流工作下的性能。同时，衬底与Ga₂O₃之间的热失配较大，导致缓冲层和外延层中仍存在大量缺陷，难以得到高质量的单晶薄膜。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对于现有的技术问题，本公开提供一种基于斜切角衬底的III族氧化物薄膜制备方法及其外延片，用于至少部分解决以上技术问题。

(二)技术方案

本公开提供一种基于斜切角衬底的III族氧化物薄膜制备方法，包括：在具有斜切角的连续台阶形衬底1上外延缓冲层2；在缓冲层2上制备外延层3；其中，外延层3为单晶III族氧化物薄膜，缓冲层2和衬底1异质，缓冲层2和外延层3同质。

可选地，在具有斜切角的连续台阶形衬底1上外延缓冲层2包括：在衬底1上制备图形化的纳米柱和/或纳米孔，其中，纳米柱和/或纳米孔的直径为10-1000nm，纳米柱和/或纳米孔的深度或高度为10-1000nm。

可选地，在具有斜切角的连续台阶形衬底1上外延缓冲层2包括：控制缓冲层2的生长速率，在衬底1上生长连续台阶形的缓冲层2或者平整的缓冲层2，其中，缓冲层2的生长速率为0.1nm/h～10μm/h；在缓冲层2 上制备外延层3包括：在缓冲层2上制备连续台阶形的外延层3或者平整的外延层3。

可选地，在具有0.1～15°斜切角的衬底1上外延缓冲层2。