[发明专利]一种p型氮掺杂氧化镓薄膜及其制备方法

权利要求书

1.一种p型氮掺杂氧化镓薄膜制备方法，其特征在于：包括至少在第一温度、第二温度、第三温度下变温退火，至少在第一氧含量和第二氧含量下进行热氧化使得氧气掺杂入氮化镓薄膜内部制得载流子浓度为1.0×10¹¹/cm³～1.0×10²⁰/cm³的p型氮掺杂氧化镓薄膜；

所述第二温度≥第一温度≥第三温度，所述第二氧含量≥第一氧含量；

通过空气、氨气、二茂镁或二茂锌作为掺杂气源；

所述p型氮掺杂氧化镓薄膜包括衬底和p型氮掺杂氧化镓薄层，所述p型氮掺杂氧化镓薄膜表面粗糙度为1nm-100nm，所述p型氮掺杂氧化镓薄膜电阻率≤100Ω·cm；

所述衬底材料选自蓝宝石、硅、碳化硅、石墨烯或氮化硼的任一种；

所述p型氮掺杂氧化镓薄层厚度为1μm～4μm；

所述热氧化生长方式具体为：

步骤1：先将包含衬底的氮化镓薄膜放置于热生长设备腔体中，抽出腔内空气，使腔体内压强维持在1.01×10^-2Pa～1.01×10⁶Pa；

步骤2：持续通入吹扫气体，使腔体内达第一氧含量1.0×10^-15mol/L～1.0×10^-9mol/L；

步骤3：第一温度下退火，氧气自氮化镓薄膜上表面向内部注入，热氧化形成氮化镓-氧化镓异质结，氧气注入深度小于所述氮化镓薄膜厚度；

步骤4：继续在第二温度下退火，提升腔体内至第二氧含量1.0×10^-9mol/L～1.0×10^-6mol/L，氧气继续注入至深度与所述氮化镓薄膜厚度一致；

步骤5：提升腔体内压强，在第三温度下退火，完成p型氮掺杂氧化镓薄膜制备。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述p型氮掺杂氧化镓薄膜的氮掺杂浓度为1.0×10¹²/cm³～1.0×10²⁰/cm³。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：通过调控退火温度、氧含量、腔体内压强调控p型氧化镓薄膜的氮掺杂量和载流子浓度。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤2中持续通入的吹扫气体为任一惰性气体或氮气；所述吹扫气体流量为10sccm～700sccm。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤3中第一温度为800℃～1200℃，退火时间10min～30min。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤4中第二温度为1200℃～1400℃，退火时间30min～240min。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤5中第三温度为500℃～800℃，腔体内压强提升至1.01×10⁵Pa～1.01×10⁶Pa。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：通过控制用于氧化的氮化镓薄膜厚度与所述步骤中的退火时间调控p型氧化镓薄膜的厚度。

9.一种顶栅晶体管，其特征在于：该顶栅晶体管外延结构包括如权利要求1-8任一方法制备的p型氮掺杂氧化镓薄膜，还包括位于所述p型氮掺杂氧化镓薄膜两端部的源电极和漏电极、位于所述p型氮掺杂氧化镓薄膜上靠近中间位置的第一绝缘层以及位于所述第一绝缘层上的栅电极；所述外延结构上设有第二绝缘层。

10.一种深紫外探测器，其特征在于：该深紫外探测器包括如权利要求1-8任一方法制备的p型氮掺杂氧化镓薄膜，还包括位于所述p型氮掺杂氧化镓薄膜两端部的电极和所述电极之间的弓形沟槽。