[發(fā)明專利]一種無掩模原位橫向外延α相氧化鎵薄膜的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011038141.4
• 申請(qǐng)日: 2020-09-27
• 公開（公告）號(hào): CN112359417B
• 公開（公告）日: 2022-11-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 葉建東;況悅;任芳芳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京新澳半導(dǎo)體科技有限公司
• 主分類號(hào): C30B29/16
• 分類號(hào): C30B29/16;C30B25/02;C30B25/18
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 陳建和

本發(fā)明提出一種無掩模原位橫向外延α相氧化鎵薄膜的方法，包括以下步驟：(1)在襯底上外延一層氧化鎵緩沖層；(2)在極短的時(shí)間內(nèi)，在氧化鎵緩沖層上生長(zhǎng)一層氧化銦量子點(diǎn)，即可得到圖形化的氧化鎵外延襯底；(3)在圖形化的氧化鎵外延襯底上繼續(xù)外延α相氧化鎵薄膜，直至氧化銦量子點(diǎn)的上部被氧化鎵鋪滿。本發(fā)明采用橫向外延技術(shù)，使氧化銦量子點(diǎn)的上部被氧化鎵鋪滿，使窗口區(qū)的位錯(cuò)在橫向生長(zhǎng)區(qū)被截?cái)喽?，部分位錯(cuò)向橫向生長(zhǎng)區(qū)彎曲90°而不能達(dá)到薄膜表面從而使得位錯(cuò)大大減少，這種原位的無掩模的橫向外延技術(shù)極大優(yōu)化了傳統(tǒng)橫向外延的工藝步驟，減少刻蝕損傷。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種α相氧化鎵薄膜的制備方法，即一種無掩模原位橫向外延α相氧化鎵薄膜的方法。

背景技術(shù)

氧化鎵作為一種超寬禁帶半導(dǎo)體材料，因具有高擊穿場(chǎng)強(qiáng)、高電子飽和速率等優(yōu)點(diǎn)，是繼III族氮化物之后在深紫外光電子器件及高功率電力電子器件應(yīng)用方面又一類重要的優(yōu)選材料。氧化鎵共有α，β，γ，κ，δ五種晶型，其中β相最為穩(wěn)定，因而生長(zhǎng)更為容易，針對(duì)其外延和器件的研究也最為廣泛。剛玉結(jié)構(gòu)亞穩(wěn)相的α相氧化鎵具有更大的禁帶寬度(Eg≈5.3eV)，與同為剛玉結(jié)構(gòu)亞穩(wěn)相的α-In₂O₃(Eg≈3.7eV)、藍(lán)寶石(α-Al₂O₃，Eg≈9eV)之間形成的合金可調(diào)節(jié)帶隙的范圍較大，因此，將α相氧化鎵拓展至UVC至UVA波段光電器件研制，近年來備受關(guān)注。α相氧化鎵與同為剛玉結(jié)構(gòu)的藍(lán)寶石襯底具有更好的晶格匹配，因而更容易獲得較高質(zhì)量。此外，藍(lán)寶石(α-Al₂O₃)襯底與β-Ga₂O₃襯底相比在制作低成本上有很大的優(yōu)勢(shì)。

目前，氧化鎵的制備方法主要有金屬有機(jī)物氣相外延(MOCVD)、分子束外延(MBE)、脈沖激光沉積(PLD)、鹵化物氣相外延(HVPE)、超聲輔助霧相輸運(yùn)化學(xué)氣相沉積(Mist-CVD)等等。由于襯底與外延膜存在晶格失配，應(yīng)力釋放所導(dǎo)致的高密度刃位錯(cuò)會(huì)隨著外延的進(jìn)行一直延伸到樣品表面，晶體質(zhì)量還有很大的提升空間。

外延膜的應(yīng)力工程與缺陷控制通常被用作提高輸運(yùn)特性和擊穿場(chǎng)強(qiáng)的常用方法。傳統(tǒng)的橫向外延技術(shù)是指，通過在外延層上沉積掩蔽材料，并刻蝕出特定的圖形窗口，然后在已開好的圖形窗口上外延生長(zhǎng)，當(dāng)窗口長(zhǎng)滿后，則進(jìn)行橫向鋪展延伸，直至整個(gè)外延層連成一片。橫向外延技術(shù)可以使窗口區(qū)的位錯(cuò)在橫向生長(zhǎng)區(qū)被截?cái)喽В糠治诲e(cuò)向橫向生長(zhǎng)區(qū)彎曲90°而不能達(dá)到薄膜表面從而使得位錯(cuò)大大減少，改善外延層的質(zhì)量。但傳統(tǒng)的橫向外延技術(shù)較為復(fù)雜，需要使用掩模版，且刻蝕會(huì)對(duì)薄膜表面造成一定程度的損傷。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：本發(fā)明旨在針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，提供一種新型的、簡(jiǎn)便的、無掩模的原位橫向外延技術(shù)，以外延生長(zhǎng)出高質(zhì)量、低位錯(cuò)密度的氧化鎵薄膜。

技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出一種無掩模原位橫向外延α相氧化鎵薄膜的方法，該方法包括以下步驟：

(1)在襯底上外延一層氧化鎵緩沖層；

(2)在極短的時(shí)間內(nèi)，在氧化鎵緩沖層上生長(zhǎng)一層氧化銦量子點(diǎn)，即可得到圖形化的氧化鎵外延襯底；

(3)在圖形化的氧化鎵外延襯底上繼續(xù)外延α相氧化鎵薄膜，直至氧化銦量子點(diǎn)的上部被氧化鎵鋪滿。

本發(fā)明采用橫向外延技術(shù)，使氧化銦量子點(diǎn)的上部被氧化鎵鋪滿，使窗口區(qū)的位錯(cuò)在橫向生長(zhǎng)區(qū)被截?cái)喽?，部分位錯(cuò)向橫向生長(zhǎng)區(qū)彎曲90°而不能達(dá)到薄膜表面從而使得位錯(cuò)大大減少，改善外延層的質(zhì)量，即橫向外延。這種原位的無掩模的橫向外延技術(shù)極大優(yōu)化了傳統(tǒng)橫向外延的工藝步驟，減少刻蝕損傷，是一種全新的橫向外延高質(zhì)量氧化鎵薄膜的方法。

在本方法中，可通過嚴(yán)格控制氧化銦量子點(diǎn)的生長(zhǎng)條件控制量子點(diǎn)的尺寸和密度，即可以控制量子點(diǎn)面積所占的比例，也即可以控制低位錯(cuò)密度區(qū)的面積。