[發明專利]一種p型氮摻雜氧化鎵薄膜及其制備方法

有效

• 申請號: 202010059433.X
• 申請日: 2020-01-19
• 公開（公告）號: CN111341839B
• 公開（公告）日: 2022-01-25
• 發明（設計）人: 方志來;蔣卓汛;閆春輝;吳征遠;張國旗
• 申請（專利權）人: 深圳第三代半導體研究院
• 主分類號: H01L29/24
• 分類號: H01L29/24;H01L21/02;H01L29/786;H01L21/34;H01L31/032;H01L31/108;H01L31/18
• 代理公司: 北京華創智道知識產權代理事務所(普通合伙) 11888
• 代理人: 彭隨麗

1.一種p型氮摻雜氧化鎵薄膜制備方法，其特征在于：包括至少在第一溫度、第二溫度、第三溫度下變溫退火，至少在第一氧含量和第二氧含量下進行熱氧化使得氧氣摻雜入氮化鎵薄膜內部制得載流子濃度為1.0×10¹¹/cm³～1.0×10²⁰/cm³的p型氮摻雜氧化鎵薄膜；

所述第二溫度≥第一溫度≥第三溫度，所述第二氧含量≥第一氧含量；

通過空氣、氨氣、二茂鎂或二茂鋅作為摻雜氣源；

所述p型氮摻雜氧化鎵薄膜包括襯底和p型氮摻雜氧化鎵薄層，所述p型氮摻雜氧化鎵薄膜表面粗糙度為1nm-100nm，所述p型氮摻雜氧化鎵薄膜電阻率≤100Ω·cm；

所述襯底材料選自藍寶石、硅、碳化硅、石墨烯或氮化硼的任一種；

所述p型氮摻雜氧化鎵薄層厚度為1μm～4μm；

所述熱氧化生長方式具體為：

步驟1：先將包含襯底的氮化鎵薄膜放置于熱生長設備腔體中，抽出腔內空氣，使腔體內壓強維持在1.01×10^-2Pa～1.01×10⁶Pa；

步驟2：持續通入吹掃氣體，使腔體內達第一氧含量1.0×10^-15mol/L～1.0×10^-9mol/L；

步驟3：第一溫度下退火，氧氣自氮化鎵薄膜上表面向內部注入，熱氧化形成氮化鎵-氧化鎵異質結，氧氣注入深度小于所述氮化鎵薄膜厚度；

步驟4：繼續在第二溫度下退火，提升腔體內至第二氧含量1.0×10^-9mol/L～1.0×10^-6mol/L，氧氣繼續注入至深度與所述氮化鎵薄膜厚度一致；

步驟5：提升腔體內壓強，在第三溫度下退火，完成p型氮摻雜氧化鎵薄膜制備。

2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述p型氮摻雜氧化鎵薄膜的氮摻雜濃度為1.0×10¹²/cm³～1.0×10²⁰/cm³。

3.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于：通過調控退火溫度、氧含量、腔體內壓強調控p型氧化鎵薄膜的氮摻雜量和載流子濃度。

4.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述步驟2中持續通入的吹掃氣體為任一惰性氣體或氮氣；所述吹掃氣體流量為10sccm～700sccm。

5.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述步驟3中第一溫度為800℃～1200℃，退火時間10min～30min。

6.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述步驟4中第二溫度為1200℃～1400℃，退火時間30min～240min。

7.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述步驟5中第三溫度為500℃～800℃，腔體內壓強提升至1.01×10⁵Pa～1.01×10⁶Pa。

8.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于：通過控制用于氧化的氮化鎵薄膜厚度與所述步驟中的退火時間調控p型氧化鎵薄膜的厚度。

9.一種頂柵晶體管，其特征在于：該頂柵晶體管外延結構包括如權利要求1-8任一方法制備的p型氮摻雜氧化鎵薄膜，還包括位于所述p型氮摻雜氧化鎵薄膜兩端部的源電極和漏電極、位于所述p型氮摻雜氧化鎵薄膜上靠近中間位置的第一絕緣層以及位于所述第一絕緣層上的柵電極；所述外延結構上設有第二絕緣層。

10.一種深紫外探測器，其特征在于：該深紫外探測器包括如權利要求1-8任一方法制備的p型氮摻雜氧化鎵薄膜，還包括位于所述p型氮摻雜氧化鎵薄膜兩端部的電極和所述電極之間的弓形溝槽。