[發明專利]一種表面P型氧化鎵的制備方法

在審

• 申請號: 202211026540.8
• 申請日: 2022-08-25
• 公開（公告）號: CN115424940A
• 公開（公告）日: 2022-12-02
• 發明（設計）人: 常晶晶;袁海東;蘇杰;林珍華;高香香;張進成;郝躍
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學蕪湖研究院
• 主分類號: H01L21/46
• 分類號: H01L21/46;H01L21/02;C01B32/194
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 段俊濤

一種表面P型氧化鎵的制備方法，在襯底上生長氧化鎵層，然后通過表面功能化生長制備單層極性氫氟化石墨烯，最后采用轉印聚合物對極性氫氟化石墨烯進行二次轉移調整方向之后，轉移到氧化鎵層上，構建形成氧化鎵/極性氫氟化石墨烯異質結界面，利用異質結界面強烈的電荷轉移獲得無晶格受損的表面P型氧化鎵。本發明摒棄了傳統的離子摻雜工藝，采用異質工程轉移自對準工藝制備表面P型氧化鎵，降低了成本，簡化了工藝。本發明通過界面電荷轉移效率實現氧化鎵表面的電子抽取和空穴注入，不會阻礙載流子的輸運特性。本發明通過異質工程制備的P型氧化鎵，通過界面強烈的電荷轉移實現，對氧化鎵表面進行有效的空穴注入，從而實現更加有效的P型氧化鎵。

技術領域

本發明屬于半導體技術領域，特別涉及一種表面P型氧化鎵的制備方法。

背景技術

隨著集成電路技術的不斷發展，傳統的第一代半導體硅和第二代半導體砷化鎵等已經不足以滿足日益增加的功率器件領域要求。第三代寬禁帶半導體材料氧化鎵由于其較大的帶隙，較高的擊穿場強和巴利加優值在研制抗輻射、高頻、大功率與高密度集成半導體器件領域有著先天的優勢。但是，在設計CMOS集成電路的時候，P型氧化鎵的制備面臨著巨大挑戰，然而，這是實現高性能氧化鎵光電器件及其集成化商業化所必須面對和解決的核心科學問題。P型氧化鎵的制備困難主要來源于以下三個方面的問題：價帶組成(深受主能級與空穴自陷等)、生長技術(材料缺陷引入的自補償效應)和摻雜技術(摻雜劑溶解度低)。目前為止，業內尚未能制備出高質量有效的P型氧化鎵薄膜材料。

本征氧化鎵的導電性較差，摻雜是一種很好的改善氧化鎵導電性的方法。近年來針對P型氧化鎵薄膜的研究，主要集中在氮摻雜替代氧和鋅摻雜替代鎵的摻雜氧化鎵薄膜。雖然一定程度上部分解決了P型氧化鎵薄膜問題，但是制備的P型氧化鎵薄膜質量較差，同時會引入其他雜質缺陷等伴隨問題，很難應用到高性能氧化鎵電子器件中。

目前為止，科研人員雖然通過鋅摻雜或多元素共摻雜的方式一定程度上實現了P型氧化鎵特性，但是，由于氧化鎵價帶平坦，其空穴有效質量較大，遷移率較低；此外，氧化鎵較大的禁帶寬度，受主雜質相對氧化鎵價帶較遠，傾向于形成深能級，電離能較高，不利于受主電離向價帶釋放自由空穴；因此，通過摻雜工藝制備P型氧化鎵仍然存在以下問題：

(1)離子注入摻雜技術對設備有一定的要求，工藝復雜，成本較高；

(2)離子注入能量較高，會導致氧化鎵額外的晶格損傷，引入其他晶格缺陷；

(3)氧化鎵本征施主缺陷在很大程度上補償了摻雜引入的受主，形成本征施主缺陷自補償效應，降低了P型摻雜的效果。

故此，通過摻雜工藝難以獲得高質量P型氧化鎵，極大地限制了材料及其器件的性能。

發明內容

針對以上摻雜工藝制備P型氧化鎵存在的問題，本發明的目的在于提供一種表面P型氧化鎵的制備方法，摒棄了傳統通過摻雜工藝實現P型氧化鎵的思路，以期在不破壞氧化鎵晶體結構的基礎上，實現氧化鎵的表面P型導電特性，并降低成本，簡化流程。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種表面P型氧化鎵的制備方法，在襯底上生長氧化鎵層，然后通過表面功能化生長制備單層極性氫氟化石墨烯，最后采用轉印聚合物對所述極性氫氟化石墨烯進行二次轉移調整方向之后，轉移到所述氧化鎵層上，構建形成氧化鎵/極性氫氟化石墨烯異質結界面，利用異質結界面強烈的電荷轉移獲得無晶格受損的表面P型氧化鎵。

在一個實施例中，所述襯底為硅襯底或藍寶石襯底。

在一個實施例中，所述生長氧化鎵層，采用化學氣相沉積法實現。

在一個實施例中，所述表面功能化生長制備極性氫氟化石墨烯，是通入有源氣體氫氣和氟氣分別對石墨烯層上下表面進行功能化修飾，從而獲得極性氫氟化石墨烯。