[发明专利]一种降低HVPE外延膜中Si含量的镓舟结构

说明书

本发明公开了一种降低HVPE外延膜中Si含量的镓舟结构。该结构为多层结构，外层为石英管，左端密封在HVPE的法兰上，起到支撑的作用；中层为两个热解氮化硼管，分别为第一热解氮化硼管和第二热解氮化硼管，防止腐蚀性气体Cl₂和石英管接触，内层是热解氮化硼坩埚，用于盛放液态的金属镓；第一热解氮化硼管套在石英管中；第二热解氮化硼管套在第一热解氮化硼管中；热解氮化硼坩埚放置在第二热解氮化硼管内。采用本发明后，可以有效的防止腐蚀性气体Cl₂和石英管接触，防止石英管被腐蚀，避免β‑Ga₂O₃外延膜中掺入Si杂质，降低外延膜的载流子浓度，提升外延膜的纯度。

技术领域

本发明涉及单晶材料生长技术，尤其是涉及一种降低HVPE外延膜中Si含量的镓舟结构，是一种水平结构卤化物气相外延（HVPE）炉所用的新型镓舟结构。

背景技术

氧化镓（Ga₂O₃）是继GaN、SiC等第三代半导体之后的第四代氧化物半导体材料，存在5种晶体结构（α、β、γ、δ、ε），其中β-Ga₂O₃是结构最为稳定的一种。与Si、GaN、SiC等半导体相比，β-Ga₂O₃的禁带宽度大，理论击穿场强可以达到8MV/cm，导通电阻小，巴利加优值高，可以用来制作高性能的功率电子器件，具有广泛的应用前景。

目前β-Ga₂O₃最有前途的应用是肖特基开关器件，制备超高击穿电压的垂直SBD器件需要厚的外延膜，其厚度需要达到7μm以上，载流子浓度需要控制在10¹⁶cm³数量级及以下。在相同厚度外延膜的条件下，载流子浓度越低，制备的SBD器件的反向击穿电压越高。在各种外延方法中，HVPE法是唯一一种生长速度快，能够将β-Ga₂O₃外延膜的厚度提升至7μm以上的生长方法，也是制备β-Ga₂O₃ SBD器件的最优选择。

由于HVPE的镓舟采用石英结构，在高温条件下，腐蚀性气体Cl₂流经石英结构的镓舟，会对石英产生一定的腐蚀作用，在β-Ga₂O₃的生长过程中Si元素会掺入β-Ga₂O₃中。Si在β-Ga₂O₃中是一种浅施主，能够导致β-Ga₂O₃外延膜呈现n型，载流子浓度可以达到10¹⁷cm^-3，高浓度的载流子会使得制备的β-Ga₂O₃器件的反向击穿电压低，从而降低了器件的性能。

发明内容

本发明为了解决HVPE法生长β-Ga₂O₃过程中氧化镓外延膜中Si浓度高的问题，提出了一种新型的镓舟结构，是一种降低HVPE外延膜中Si含量的镓舟结构。本发明所涉及的镓舟适用于水平结构的HVPE炉，利用此结构可大幅降低HVPE氧化镓晶体中的Si原子浓度，提高氧化镓外延膜的纯度，从而有利于制备高击穿电压的SBD器件，提升器件性能。

本发明采取的技术方案是：一种降低HVPE外延膜中Si含量的镓舟结构，其特征在于，所述镓舟结构为多层结构，外层为石英管，左端密封在HVPE的法兰上，起到支撑的作用；中层为两个热解氮化硼管，分别为第一热解氮化硼管和第二热解氮化硼管，防止腐蚀性气体Cl₂和石英管接触，内层是热解氮化硼坩埚，用于盛放液态的金属镓；第一热解氮化硼管套在石英管中；第二热解氮化硼管套在第一热解氮化硼管中；热解氮化硼坩埚放置在第二热解氮化硼管内。