一种在高阻型氧化镓衬底上制备同质外延氧化镓薄膜的方法及MOCVD设备技术

本发明专利技术提供了一种在高阻型氧化镓衬底上制备同质外延氧化镓薄膜的方法及MOCVD设备，其中，包括MOCVD反应腔、设置在所述MOCVD反应腔内的石墨托盘，以及设置在所述石墨托盘上的高阻型氧化镓衬底，其特征在于，所述石墨托盘的上方设置有激光器，所述激光器发出的激光光斑覆盖所述石墨托盘的整个顶部。本发明专利技术中由于高阻型氧化镓衬底对激光的吸收很小，激光可以直接通过高阻型氧化镓衬底照射到石墨托盘上，因此可通过设置在石墨托盘上方的激光器以激光加热的方式均匀的加热MOCVD反应腔中的石墨托盘，进而实现高阻型氧化镓衬底的均匀受热，制备出高质量、厚度均匀的同质外延氧化镓薄膜。膜。膜。

【技术实现步骤摘要】
一种在高阻型氧化镓衬底上制备同质外延氧化镓薄膜的方法及MOCVD设备


[0001]本专利技术涉及氧化镓薄膜制备
，尤其涉及一种在高阻型氧化镓衬底上制备同质外延氧化镓薄膜的方法及MOCVD设备。
技术背景
[0002]氧化镓(Ga2O3)作为新兴的第三代宽禁带半导体，具有超宽禁带、高击穿场强等优点。它是一种透明的氧化物半导体材料，由于其优异的物理化学特性、良好的导电性以及发光性能，在功率半导体器件、紫外探测器、气体传感器以及光电子器件领域具有广阔的应用前景。氧化镓有5种晶体结构，分别为斜方六面体(α)、单斜晶系(β)、缺陷尖晶石(γ)、立方体(δ)以及正交晶体(ε)。β
‑
Ga2O3因为高温下的稳定性，所以逐渐成为近几年来国内外的研究热点，不特殊说明，下面所提到的氧化镓均指的是β
‑
Ga2O3。
[0003]氧化镓主要有以下优点：(1)禁带宽度为4.8～4.9eV，击穿场强高达8MV/cm。巴利加优值是半导体领域的低损失性能指标，而氧化镓的巴利加优值高达3400，大约是SiC的10倍、GaN的4倍。因此，在制造相同耐压的单极功率器件时，元件的导通电阻比SiC、GaN低得多，极大降低器件的导通损耗；(2)可以利用区熔法(Fz)、直拉法(Cz)、导模法(EFG)等熔融法来生长大尺寸、高质量的氧化镓单晶衬底材料，可以从大块单晶中得到氧化镓晶片。相比较SiC和GaN生长技术，更容易获得高质量、低成本的单晶材料；(3)在氧化镓的外延方法中，金属氧化物化学气相沉积(MOCVD)法在生长速度、薄膜质量、原位检测和量产等方便的综合性能最好，最适合未来的工业化量产。因此，可以利用MOCVD设备，在高阻型氧化镓衬底上相继同质外延一层非故意掺杂氧化镓缓冲层薄膜和一层弱导电型氧化镓薄膜，用于制备高性能的横向金属
‑
氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)器件。
[0004]针对现有的MOCVD技术特点，在使用MOCVD设备制备氧化镓同质外延薄膜的过程中，需要使氧化镓衬底维持在一个适合氧化镓薄膜生长的高温状态。现有技术中，有两种方法可以实现氧化镓衬底的加热：(1)通过布置在石墨托盘下面的加热丝，将热量传递给石墨托盘，进而加热石墨托盘上的氧化镓衬底；(2)通过布置在反应腔外侧的感应线圈，加热反应腔内部的石墨托盘，进而将热量传递给石墨托盘上的氧化镓衬底。然而，在方法(1)中，由于加热丝的布置总是存在一定的空间分布，导致石墨托盘的受热是不均匀的，石墨托盘上的衬底自然也受热不均匀；在方法(2)中，由于射频加热具有集肤效应，且在被加热物料的边角处具有集中加热效应，所以在加热石墨托盘的过程中，石墨托盘的受热也是不均匀的，衬底自然也受热不均匀，严重影响制备出来的外延片厚度均匀性，甚至导致外延片的开裂。
[0005]因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现思路

[0006]鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种在高阻型氧化镓衬底上制备同质外延氧化镓薄膜的方法及MOCVD设备，旨在解决现有技术在高阻型氧化镓衬底上制
备的氧化镓外延片质量及厚度均匀性较差的问题。
[0007]本专利技术的技术方案如下：
[0008]一种在高阻型氧化镓衬底上制备同质外延氧化镓薄膜的MOCVD设备，包括MOCVD反应腔、设置在所述MOCVD反应腔内的石墨托盘，以及设置在所述石墨托盘上的高阻型氧化镓衬底，其中，所述石墨托盘的上方设置有激光器，所述激光器发出的激光光斑覆盖所述石墨托盘的整个顶部。
[0009]所述在高阻型氧化镓衬底上制备同质外延氧化镓薄膜的MOCVD设备，其中，所述石墨托盘的上方设置有至少一个激光器。
[0010]所述在高阻型氧化镓衬底上制备同质外延氧化镓薄膜的MOCVD设备，其中，所述激光器上设置有扩束器。
[0011]所述在高阻型氧化镓衬底上制备同质外延氧化镓薄膜的MOCVD设备，其中，所述激光器发出的激光波长为500
‑
1500nm。
[0012]一种基于MOCVD设备在高阻型氧化镓衬底上制备同质外延氧化镓薄膜的方法，其中，包括步骤：
[0013]将高阻型氧化镓衬底放入到石墨托盘上，关闭MOCVD反应腔；
[0014]打开激光器使高阻型氧化镓衬底温度升高至高于同质外延氧化镓薄膜生长温度20
‑
200℃，进行30
‑
300min的热处理；
[0015]调节激光器功率将高阻型氧化镓衬底温度降至600
‑
1100℃的外延薄膜生长温度，并向所述MOCVD反应腔中依次通入镓源和氧源，在所述高阻型氧化镓衬底上生长非故意掺杂氧化镓缓冲层；
[0016]监测所述非故意掺杂氧化镓缓冲层生长至第一预定厚度后，依次切断氧源和镓源的供应；
[0017]向所述MOCVD反应腔中依次通入镓源、掺杂源以及氧源，在所述非故意掺杂氧化镓缓冲层上继续生长弱导电型氧化镓薄膜；
[0018]监测所述弱导电型氧化镓薄膜生长至第二预定厚度后，依次切断氧源、掺杂源和镓源的供应，完成同质外延氧化镓薄膜的制备。
[0019]所述在高阻型氧化镓衬底上制备同质外延氧化镓薄膜的方法，其中，在所述高阻型氧化镓衬底上生长非故意掺杂氧化镓缓冲层的过程中，通入的所述镓源为三甲基镓，选择氩气作为载气，调节镓源的温度为
‑
10
‑
40℃，镓源流量为10
‑
200sccm，载气流量为100
‑
2000sccm；通入的所述氧源为氧气，氧源的流量为200
‑
2000sccm。
[0020]所述在高阻型氧化镓衬底上制备同质外延氧化镓薄膜的方法，其中，在所述非故意掺杂氧化镓缓冲层上继续生长弱导电型氧化镓薄膜的过程中，通入的所述镓源为三乙基镓，选择氩气作为载气，调节镓源的温度为0
‑
50℃，镓源流量为20
‑
500sccm，载气流量为200
‑
5000sccm；通入的掺杂源为硅烷，调节掺杂源的温度为
‑5‑
25℃，流量为1
‑
10sccm；通入的所述氧源为氧气，氧源的流量为200
‑
2000sccm。
[0021]所述在高阻型氧化镓衬底上制备同质外延氧化镓薄膜的方法，其中，所述弱导电型氧化镓薄膜的掺杂载流子浓度为1
×
10
16
/cm3‑2×
10
17
/cm3。
[0022]所述在高阻型氧化镓衬底上制备同质外延氧化镓薄膜的方法，其中，所述第一预测厚度为0.5
‑
1.5微米，所述第二预测厚度为0.1
‑
1微米。
[0023]所述在高阻型氧化镓衬底上制备同质外延氧化镓薄膜的方法，其中，切断氧源、掺杂源和镓源的供应后还包括步骤：
[0024]控制高阻型氧化镓衬底以20本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种在高阻型氧化镓衬底上制备同质外延氧化镓薄膜的MOCVD设备，包括MOCVD反应腔、设置在所述MOCVD反应腔内的石墨托盘，以及设置在所述石墨托盘上的高阻型氧化镓衬底，其特征在于，所述石墨托盘的上方设置有激光器，所述激光器发出的激光光斑覆盖所述石墨托盘的整个顶部。2.根据权利要求1所述在高阻型氧化镓衬底上制备同质外延氧化镓薄膜的MOCVD设备，所述石墨托盘的上方设置有至少一个激光器。3.根据权利要求1所述在高阻型氧化镓衬底上制备同质外延氧化镓薄膜的MOCVD设备，其特征在于，所述激光器上设置有扩束器。4.根据权利要求1
‑
3任一所述在高阻型氧化镓衬底上制备同质外延氧化镓薄膜的MOCVD设备，其特征在于，所述激光器发出的激光波长为500
‑
1500nm。5.一种基于权利要求1
‑
4任一所述MOCVD设备在高阻型氧化镓衬底上制备同质外延氧化镓薄膜的方法，其特征在于，包括步骤：将高阻型氧化镓衬底放入到石墨托盘上，关闭MOCVD反应腔；打开激光器使高阻型氧化镓衬底温度升高至高于同质外延氧化镓薄膜生长温度20
‑
200℃，进行30
‑
300min的热处理；调节激光器功率将高阻型氧化镓衬底温度降至600
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1100℃的外延薄膜生长温度，并向所述MOCVD反应腔中依次通入镓源和氧源，在所述高阻型氧化镓衬底上生长非故意掺杂氧化镓缓冲层；监测所述非故意掺杂氧化镓缓冲层生长至第一预定厚度后，依次切断氧源和镓源的供应；向所述MOCVD反应腔中依次通入镓源、掺杂源以及氧源，在所述非故意掺杂氧化镓缓冲层上继续生长弱导电型氧化镓薄膜；监测所述弱导电型氧化镓薄膜生长至第二预定厚度后，依次切断氧源、掺杂源和镓源的供应，完成同质外延氧化镓薄膜的制备。6.根据权利要求5所述在高阻型氧化镓衬底上制备同质外延氧化镓薄膜的方法，其特征在于，在所述高阻型氧化镓衬底上生长...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐红基，陈端阳，赛青林，
申请(专利权)人：杭州富加镓业科技有限公司，
类型：发明
国别省市：