[发明专利]氧化镓半导体结构、垂直型氧化镓基功率器件及制备方法

说明书

本发明提供一种氧化镓半导体结构、垂直型氧化镓基功率器件及制备方法，通过键合和减薄，将非故意掺杂的氧化镓层转移到高掺杂、高导热的异质衬底上，通过对氧化镓层的表面处理及离子注入，可获得重掺氧化镓层，制备包括依次叠置异质衬底、氧化镓层及重掺氧化镓层的氧化镓半导体结构；在基于氧化镓半导体结构制备的垂直型氧化镓基功率器件中，由于中间层为较厚的氧化镓层，且相较于重掺氧化镓层，载流子浓度较低，设计上增加了器件的击穿电压，且由于高导热的异质衬底可提高器件的散热能力，其次器件多Fin的结构可提供大电流，对未来垂直型氧化镓基高功率器件的发展有极其重要的意义。

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、垂直型氧化镓基功率器件及制备方法。

背景技术

氧化镓(Ga₂O₃)是一种超宽禁带的半导体材料，禁带宽度(4.5eV～4.9eV)，相比于氮化镓(GaN)和碳化硅(SiC)，其禁带宽度更大、击穿场强更高，同时由于制备方法简单，可使生产成本更低，进而在超高耐压功率电子器件方面引起科研界和工业界的极大关注。

氧化镓基高耐压、大功率器件，在新能源电动汽车、超高压输电、高速铁路及电磁轨道炮等民用和军事关键领域具有巨大的应用前景，尤其随着军事装备逐步向信息化、智能化、电子化方向的发展，氧化镓基高耐压、大功率电力电子器件将可能替代硅基、碳化硅基和氮化镓基功率器件，成为航空航天、舰艇船舶、特种武器所需电源供给、高效驱动等功率模块的核心部件，是系统在高温、高频、高功率及极端环境条件下能否工作的必要保证，因此在军事国防建设方面，具有非常迫切的应用需求。同时，氧化镓基大功率器件还将应用于变频器、高铁机车、新能源发电系统中的逆变器，以及高压直流(HVDC)输电系统等民用领域中。特别需要指出的是，随着航空航天装备不断向高集成度、多功能、低功耗方向的发展，迫切需要小型化、高性能、高效率、高可靠性的电子元器件，以降低功耗、提高系统的响应速度、降低运行噪声。而在人造卫星、太空探测等领域，功率器件会受到空间辐照环境影响，因此禁带宽度更宽、抗辐照性能更优的氧化镓基功率器件无疑是理想选择。

在氧化镓基功率器件中，存在横向和垂直两种结构的器件，对于高功率器件来说，根据目前的进展，垂直结构更受业内人士的青睐。目前采用同质外延的方法制备氧化镓晶体管，即在氧化镓衬底上通过外延法制备氧化镓薄膜，以制备氧化镓晶体管，取得了不错的突破。因为这种结构不仅仅能提供高的击穿电压，同时也能通过结构设计做到超大电流，这样使得氧化镓在未来的发展中充满了前景，但是同质的氧化镓衬底存在着导热率低的致命缺点，尤其是在高功率器件中，器件所产生的热流不能很好的排出，会严重降低器件的性能。

因此，为制备垂直型氧化镓基高功率器件，迫切需要将氧化镓转移到高掺杂、高导热的异质衬底上，以解决低热导率的问题。然而由于氧化镓与硅、碳化硅等多种高导热、高掺杂的半导体材料存在晶格失配的问题，使其不能通过外延的方法生长出良好的氧化镓薄膜，从而难以制备垂直型氧化镓基高功率器件。

基于此，提供一种新型的氧化镓半导体结构、垂直型氧化镓基功率器件及制备方法，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、垂直型氧化镓基功率器件及制备方法，用于解决现有技术中，在制备垂直型氧化镓基高功率器件时，所面临的难以在高掺杂、高导热的异质衬底上制备高质量的氧化镓薄膜，导致难以制备垂直型氧化镓基高功率器件的问题。

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；

提供异质衬底，所述异质衬底的一表面为抛光面；

将所述氧化镓单晶晶片的抛光面与所述异质衬底的抛光面键合；