[發明專利]一種基于MgO襯底的摻雜氧化鎵薄膜及其制備方法

在審

• 申請號: 201811008321.0
• 申請日: 2018-08-31
• 公開（公告）號: CN109378275A
• 公開（公告）日: 2019-02-22
• 發明（設計）人: 沈榮存
• 申請（專利權）人: 南京同溧晶體材料研究院有限公司
• 主分類號: H01L21/365
• 分類號: H01L21/365
• 代理公司: 南京中律知識產權代理事務所(普通合伙) 32341
• 代理人: 沈振濤

本發明屬于電子材料技術領域，具體涉及一種基于MgO襯底的摻雜氧化鎵薄膜及其制備方法，所述摻雜氧化鎵薄膜包括MgO襯底材料和生長在襯底上的摻雜氧化鎵外延層，具有高空穴遷移率。

技術領域

本發明屬于電子材料技術領域，具體涉及一種基于MgO襯底的摻雜氧化鎵薄膜及其制備方法。

背景技術

氧化鎵是一種寬帶隙半導體氧化物，禁帶寬度為4.9eV，在深紫外發光、透明導電、日盲探測和高頻電子器件等方面具有重要應用，已成為寬帶隙半導體材料領域的研究熱點。但是非故意摻雜的氧化鎵膜呈現出高阻特性，使其在發光、探測和電子器件等領域的應用受到了極大的限制。

目前，改良導電特性的方法主要是對氧化鎵膜進行摻雜并進行相應的激活處理，雖然人們對氧化鎵的p型摻雜進行了研究，但是關于具有良好空穴導電特性氧化鎵薄膜的制備依然是目前研究的熱點和難點，氧化鎵的禁帶寬度較大，且受主能級的位置相對于價帶頂較遠，不利于受主電離向價帶釋放自由空穴，因此，嘗試并找到合適的摻雜劑和摻雜方法，制備性能優良的空穴導電特性氧化鎵膜，具有重要的意義。

發明內容

本發明的一個目的是提供一種基于MgO襯底的摻雜氧化鎵薄膜，所述摻雜氧化鎵薄膜具有高空穴遷移率。

本發明的另一個目的是提供本發明摻雜氧化鎵薄膜的制備方法。

為實現上述目的，本發明提供一種基于MgO襯底的摻雜氧化鎵薄膜，包括MgO襯底材料和生長在襯底上的摻雜氧化鎵外延層，所述薄膜使用鋅摻雜劑和鍺摻雜劑，具有良好的空穴導電特性。

在一些優選的實施方案中，本發明的基于MgO襯底的摻雜氧化鎵薄膜，其中所述的鋅摻雜劑為氧化鋅。

在一些優選的實施方案中，本發明的基于MgO襯底的摻雜氧化鎵薄膜，其中所述的鍺摻雜劑為氧化鍺。

在一些優選的實施方案中，本發明的基于MgO襯底的摻雜氧化鎵薄膜，其中氧化鎵原料、鋅摻雜劑和鍺摻雜劑的重量比為94：(3～4)：(1～2)；在進一步優選的實施方案中氧化鎵原料、鋅摻雜劑和鍺摻雜劑的重量比為94：5：1。

第二方面，本發明提供的基于MgO襯底的摻雜氧化鎵薄膜的制備方法，包括如下步驟：

步驟1：清洗MgO襯底，并使用氮氣吹干；

步驟2：按配比將純度大于99.99％的氧化鎵粉末、氧化鋅粉末和氧化鍺粉末混合均勻，成型，燒結，制備摻雜多晶料；

步驟3：將裝有MgO襯底的石英舟置于化學氣相沉積設備反應室內合適的位置，將步驟2所得摻雜多晶料置于石英舟與反應室進氣口之間，并距離石英舟8-12cm處，關閉反應室門；

步驟4：打開氣路，使氧氣和惰性氣體的混合氣體持續通入反應室，設定化學氣相沉積設備反應室內加熱溫度和加熱時長，得到摻雜氧化鎵薄膜。

根據本發明的制備方法，步驟1中所述清洗MgO襯底，包括將所述MgO襯底置于丙酮溶液中，超聲波清洗5分鐘，再置于無水乙醇溶液中，超聲波清洗5分鐘，再置于160℃的硫酸和磷酸的混合液中浸泡15min，硫酸和磷酸的比例為3:1，最后用去離子水漂洗浸泡后的MgO襯底，并用干燥的氮氣吹干。

根據本發明的制備方法，步驟1中摻雜多晶料的制備方法為將混合均勻的氧化鎵粉末、氧化鋅粉末和氧化鍺粉末在60～70MPa的壓強下壓制50～60分鐘，空氣中1300～1400℃下燒結700～900分鐘得到。

根據本發明的制備方法，步驟4中所述惰性氣體和氧氣的純度高于99％。

根據本發明的制備方法，步驟4中所述惰性氣體選自氮氣、氦氣或氬氣。