[發(fā)明專利]單晶氧化鎵襯底基片表面原子級臺階結(jié)構(gòu)的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611217771.1
• 申請日: 2016-12-26
• 公開（公告）號: CN106784189B
• 公開（公告）日: 2018-09-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐曉明;周海;黃傳錦;徐彤彤;夏斯偉;龔凱
• 申請（專利權(quán)）人: 鹽城工學(xué)院
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 楊海軍

本發(fā)明公開了一種單晶氧化鎵襯底基片表面原子級臺階結(jié)構(gòu)的制備方法，該方法包括超聲波清洗、高純氮氣吹干、平放于退火爐中的退火陶瓷承載盤上，通入保護氣體氧氣，排除退火爐內(nèi)的空氣、分段升溫、退火處理和降溫出爐等步驟。本發(fā)明工藝設(shè)計合理，可操作性強，可成功的在襯底基片表面制作出原子級臺階結(jié)構(gòu)，可有效改善襯底基片的表面形貌，可提高其表面氮化鎵薄膜外延生長的質(zhì)量和效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微電子技術(shù)領(lǐng)域，涉及半導(dǎo)體單晶材料襯底基片的表面處理技術(shù)，特別是一種單晶氧化鎵襯底基片表面原子級臺階結(jié)構(gòu)的制作方法。

背景技術(shù)

半導(dǎo)體單晶氧化鎵(β-Ga₂O₃)材料擊穿場強高、禁帶寬度達4.9eV、與氮化鎵(GaN)的晶格失配率僅為8.5％，且兼具藍寶石(Al₂O₃)的透光性和碳化硅(SiC)的導(dǎo)電性等優(yōu)良特性，滿足發(fā)光二極管或激光二極管的垂直電流結(jié)構(gòu)對襯底材料高透明度和導(dǎo)電性的需求，使得氧化鎵(β-Ga₂O₃)成為代替藍寶石(Al₂O₃)和碳化硅(SiC)理想的氮化鎵同質(zhì)襯底材料。有利于突破氮化鎵(GaN)外延薄膜與襯底材料物理性能匹配方面缺陷的限制，促進其在更大范圍內(nèi)的應(yīng)用推廣。

高質(zhì)量的襯底表面不但有助于提高外延薄膜的生長效率，還可以有效提升外延薄膜的生長質(zhì)量，因此襯底基片表面結(jié)晶度和表面微結(jié)構(gòu)的規(guī)律控制變得越來越重要。并且不同材料的半導(dǎo)體，由于其物理性質(zhì)明顯不同，因此加工方法存在較大的區(qū)別。

而目前為止還沒有關(guān)于氧化鎵襯底基片化學(xué)機械拋光過后表面原子級結(jié)構(gòu)形態(tài)重建方法的相關(guān)報告。

因此，對于單晶氧化鎵襯底基片表面原子級臺階結(jié)構(gòu)的制作方法的研究，顯得尤為迫切！本發(fā)明鑒于此需求，經(jīng)大量退火實驗篩選，優(yōu)選出一種單晶氧化鎵襯底基片表面原子級臺階結(jié)構(gòu)的制作方法。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中，單晶氧化鎵襯底基片化學(xué)機械拋光后，沒有對襯底基片表面進行原子級臺階結(jié)構(gòu)化處理，直接用于氮化鎵外延薄膜的生長，生長的效率和質(zhì)量難以進一步提高，提出一種單晶氧化鎵襯底基片表面原子級臺階結(jié)構(gòu)的制備方法。

技術(shù)方案：為了實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明所采用的主要技術(shù)方案為：

一種單晶氧化鎵襯底基片表面原子級臺階結(jié)構(gòu)的制備方法，包括以下步驟：

步驟1：單晶氧化鎵襯底基片的化學(xué)機械拋光處理

步驟2：超聲波清洗

依次使用丙酮，硫酸與雙氧水的混合溶液，去離子水，對單晶氧化鎵襯底基片表面進行超聲波清洗，去除襯底基片表面的有機物、雜質(zhì)顆粒；

步驟3：超聲波清洗完成后，采用高純氮氣吹干襯底基片表面；

步驟4，將清洗吹干后的單晶氧化鎵襯底基片，按順序整齊平放于退火陶瓷承載盤上，將經(jīng)過化學(xué)機械拋光處理的光滑表面向上，并使各單晶氧化鎵襯底基片之間無重疊，關(guān)閉退火爐爐門，緩慢通入保護氣體氧氣，排除退火爐內(nèi)的空氣，確保退火在氧氣氛圍中進行，結(jié)束后關(guān)閉導(dǎo)氣閥；

步驟5，分段升溫退火處理：第一階段將退火爐內(nèi)的溫度以不高于每小時200℃的速度升溫至300～600℃，保溫1.5～2h；第二階段將退火爐內(nèi)的溫度以不高于每小時130℃的速度將退火爐內(nèi)的溫度升溫至600～800℃，繼續(xù)保溫2～3h；第三階段將退火爐內(nèi)的溫度以不高于每小時100℃的速度將退火爐內(nèi)的溫度升溫至900～1000℃，再次保溫3～4h；第四階段將退火爐內(nèi)的溫度以每小時15～20℃的速度將退火爐內(nèi)的溫度升溫至1100～1200℃，轉(zhuǎn)入最終成形退火保溫狀態(tài)，保溫5～6h，使得襯底基片表面材料生成規(guī)則間隔和臺階結(jié)構(gòu)排列；每次升溫過程持續(xù)均勻，增強并促進化學(xué)機械拋光處理后的襯底基片表面材料遷移；