[发明专利]氧化镓薄膜晶体生长方法

说明书

本发明实施例涉及半导体晶体生长技术，公开了一种氧化镓薄膜晶体生长方法，用载气将含镓源的金属有机化合物和含氧物质的气态源分别通入MOCVD设备中，在低温下对衬底进行一层低温氧化镓材料的生长；关闭金属有机化合物源，打开高温加热源，进行高温快速退火；重复上述过程，关闭高温加热源，对高温快速退火之后生长有氧化镓材料的衬底在低温下继续生长。由于氧化镓材料的低温生长和高温退火是在同一反应室内连续进行，中间的热处理过程不需要将样品取出。可以方便地进行多次高低温调制生长，大大提高了氧化镓的生长效率。也有效避免了传统方法取出样品，到反应室外的专用退火炉中进行退火所造成的样品污染，提高了样品的清洁度和结晶质量。

技术领域

本发明实施例涉及新型化合物半导体薄膜材料生长技术领域，特别涉及一种氧化镓薄膜晶体生长方法。

背景技术

与第三代半导体材料GaN和SiC相比，Ga₂O₃材料具有更宽的禁带宽度(4.2～4.9eV)，更高的击穿场强(8MV/cm)和抗辐射性，良好的热稳定性和化学稳定性，而且在可见和日盲紫外光区的透过率非常高(＞80％)。基于这些优异的性能，Ga₂O₃材料被广泛应用于高性能电源开关、射频放大器、日盲探测器、恶劣环境信号处理方面。为了充分发挥Ga₂O₃材料的优势，制作上述器件、实现相应的用途，必须克服一个主要障碍：高质量 Ga₂O₃外延薄膜的获得。

Ga₂O₃外延薄膜的制备一般采用MOCVD(Metal- organic Chemical VaporDeposition，金属有机化合化学气相沉淀)和MBE (molecular beam epitaxy，分子束外延)方法。在实验室中广泛采用MBE方法，MBE可以通过精确控制生长气氛中的III/VI比，以及掺杂剂和镓源、氧源的比例进行Ga₂O₃薄膜的生长与掺杂。但是MBE设备生长成本高昂，生长速度慢(典型生长速度为 4nm/min)，不利于在大规模工业化生产中应用。以往的MOCVD生长Ga₂O₃薄膜材料，为了提高结晶质量，需要对生长后的样品进行退火处理。然而，发明人发现现有技术存在以下问题：这种退火方式需要将生长好的样品取出，在反应室之外的高温退火炉内进行。如果需要多次生长、多次退火，将耗费大量的时间和人力资源。同时，在取出样品进行退火的过程中，会难以避免地造成样品的污染，进而影响样品质量。

发明内容

本发明实施方式的目的在于提供一种氧化镓薄膜晶体生长方法，使用高低温周期调制的生长方法使氧化镓薄膜的晶体质量大大提高。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了

一种氧化镓薄膜晶体生长方法，包括以下步骤：

步骤1：选用一衬底，清洗后将衬底送入MOCVD反应室；

步骤2：用载气将含镓源的金属有机化合物和含氧物质的气态源分别通入MOCVD设备中，在400℃-900℃范围内，优选的在500-800℃范围内低温下对衬底进行低温氧化镓材料生长；

步骤3：低温生长结束后，关闭金属有机化合物源，然后打开高温加热源，采用退火气氛进行高温快速退火；

步骤4：重复执行步骤2和步骤3，直至薄膜厚度达到预先设定值，关闭高温加热源，使高温快速退火后生长有氧化镓材料层的衬底继续生长至反应室温度降至室温；

步骤5：利用传动装置将生长有氧化镓材料的衬底移动至取样区，取出样品，完成氧化镓薄膜晶体生长。

进一步可选的，所述氧化镓为Ga₂O₃。

进一步可选的，步骤1中所述衬底为蓝宝石衬底、碳化硅衬底或氧化镓单晶衬底。