一种氧化镓外延生长的方法和氧化镓晶体管技术

本发明专利技术公开一种氧化镓外延生长的方法和氧化镓晶体管，涉及半导体技术领域，方法包括以下步骤：在(001)晶面氧化镓衬底层上表面制作连续的斜切角；在有连续的斜切角的(001)晶面氧化镓衬底层上生长外延膜，所述外延膜为氧化镓衬底层的同质外延，(001)晶面氧化镓衬底层的斜切角≥0.5

【技术实现步骤摘要】
一种氧化镓外延生长的方法和氧化镓晶体管


[0001]本专利技术涉及半导体
，尤其涉及一种氧化镓外延生长的方法和氧化镓晶体管。

技术介绍

[0002]宽禁带半导体氧化镓(Ga2O3)材料由于具有超宽的禁带宽度(4.8eV)、高临界击穿场强(8MV/cm)和高的巴利加品质因子(3444)，是制备高功率密度、高频率、低损耗电子器件的理想材料。通常用于制备器件的氧化镓材料分为衬底和外延层两部分，在以(001)晶面氧化镓作为衬底进行同质外延时，由于从底部延伸的位错，衬底表面常有凹坑，以及生长过程中(100)面的原子易解吸附，导致外延层呈现沟槽形貌，表面粗糙度提升，晶体质量较差，对基于氧化镓外延膜制备的半导体器件性能有很大的影响。现有的HVPE外延技术不能直接获得表面光滑的外延膜，需要外延后再抛光，工艺较为复杂，同时会造成外延原材料的浪费；铟元素辅助的MOCVD外延，会在外延膜内存在少量的铟元素残留，影响外延膜的纯净度，同时铟元素对氧化镓器件性能的影响未知。

技术实现思路

[0003]本专利技术为了解决现有技术的上述问题，提出了一种氧化镓外延生长的方法。
[0004]具体为一种氧化镓外延生长的方法，包括以下步骤：
[0005]在(001)晶面氧化镓衬底层上表面制作连续的斜切角；
[0006]在有连续的斜切角的(001)晶面氧化镓衬底层上生长外延膜。
[0007]可选的，所述外延膜为氧化镓衬底层的同质外延。
[0008]可选的，(001)晶面氧化镓衬底层的斜切角≥0.5
°
。
[0009]可选的，(001)晶面氧化镓衬底层的斜切角朝向(010)晶面方向，斜切角为1.5
°
。
[0010]可选的，(001)晶面氧化镓衬底层的斜切角的方向为朝向(010)晶面、(100)晶面或两个晶面方向都有。
[0011]可选的，外延膜生长方法包括金属有机物化学气相沉积法、卤化物气相外延法或分子束外延法。
[0012]可选的，采用金属有机物化学气相沉积法生长外延膜的方法包括：
[0013]在生长温度：500～1100℃，生长压力：10～200Torr，三乙基镓流量：10～300sccm，氧气流量：200～5000sccm的环境下生长外延膜。
[0014]本专利技术还提出一种(001)晶面氧化镓晶体管，是采用上述氧化镓外延生长方法制备的氧化镓晶体管。
[0015]本专利技术还提出一种(001)晶面氧化镓晶体管，所述(001)晶面氧化镓衬底层上表面为连续的斜切角，所述斜切角≥0.5
°
。
[0016]可选的，(001)晶面氧化镓衬底层上表面的斜切角为1.5
°
。
[0017]本专利技术的有益效果：
[0018]本专利技术采用具有斜切角的(001)晶面氧化镓衬底层，使得氧化镓外延方式由台阶流生长方式主导，
[0019]本专利技术通过改变衬底的斜切角度实现了台阶流的生长模式，克服了(001)晶面氧化镓衬底层上外延膜粗糙度大的问题，生长工艺条件只需微调或不变，实现方式简单，易于调节，工艺一致性和重复性高，可以获得表面平滑、高质量的外延膜，且无需抛光处理，可用于制作高性能氧化镓半导体器件，减少了原材料的浪费。
附图说明
[0020]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0021]图1是有斜切角和无斜切角的结构比对和效果比对图；
[0022]图2是(001)晶面氧化镓衬底层上生长的Ga2O3薄膜AFM二维表征图对比图；
[0023]图3是(001)晶面氧化镓衬底层上生长的Ga2O3薄膜摇摆曲线半峰宽对比图。
具体实施方式
[0024]除非另作定义，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本领域技术人员所理解的。
[0025]下面结合本申请实施例中的附图对本申请实施例进行描述。以下描述中，参考形成本申请一部分并以说明之方式示出本申请实施例的具体方面或可使用本申请实施例的具体方面的附图。应理解，本申请实施例可在其它方面中使用，并可包括附图中未描绘的结构或逻辑变化。因此，以下详细描述不应以限制性的意义来理解，且本申请的范围由所附权利要求书界定。另外，还应理解的是，除非另外明确提出，本文中所描述的各示例性实施例和/或方面的特征可以相互组合。
[0026]一种氧化镓外延生长的方法，包括以下步骤：
[0027]在(001)晶面氧化镓衬底层上表面制作连续的斜切角；
[0028]在有连续的斜切角的(001)晶面氧化镓衬底层上生长外延膜。
[0029]其中，所述外延膜为氧化镓衬底层的同质外延。
[0030]作为一种可选项，(001)晶面氧化镓衬底层的斜切角≥0.5
°
。
[0031]作为一种可选项，(001)晶面氧化镓衬底层的斜切角的方向为朝向(010)晶面、(100)晶面或两个晶面方向都有。
[0032]通过附图进一步直观展示本方案的优势，如图1：(a)为使用无斜切角或斜切角很小(≤0.3
°
)的(001)晶面氧化镓衬底层做外延时的生长情况，由于衬底表面各方向生长速率不同以及生长过程中(100)面的原子易解吸附，外延膜表面形成很明显的沟槽形貌，这是普通方法进行外延造成外延膜表面粗糙度很大的主要原因。(b)为使用原子力显微镜(AFM
‑
Atomic Force Microscope)对普通衬底外延膜表面情况做的三维表征。(c)为使用具有斜切角的(001)晶面氧化镓衬底层做外延时的生长情况，一定的斜切角度使得衬底表面存在一定的台阶宽度，台阶宽度与外延时表面原子的扩散长度相当时，外延膜生长由台阶流方
式主导，容易获得光滑平整的表面形貌。(d)为使用原子力显微镜对斜切角衬底外延膜表面情况做的三维表征，可见外延膜实现了很好的平整度。
[0033]由于改变斜切角会引起衬底表面台阶宽度的改变。若无斜切角或斜切角度过小，则台阶宽度过大，表面以岛状生长模式为主；若斜切角度过大，台阶宽度小，则会发生台阶聚束效应，降低外延膜质量。因此，要选择合适的斜切角，使台阶宽度与外延时表面原子的扩散长度一致，此时外延膜生长以台阶流生长模式为主导。台阶流生长模式下，吸附原子优先在台阶边缘沉积，整个生长过程就像台阶层向前流动，最终形成的外延膜表面可以实现原子级别的平整。
[0034]基于上述原理，作为本方案的一种优选项，(001)晶面氧化镓衬底层的斜切角朝向(010)晶面方向，斜切角为1.5
°
。
[0035]如图2：使用无斜切角(左图)和有斜切角(右图)的(001)晶面氧化镓衬底层上生长的Ga2O3薄膜AFM二维表征图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氧化镓外延生长的方法，其特征在于，包括以下步骤：在(001)晶面氧化镓衬底层上表面制作连续的斜切角；在有连续的斜切角的(001)晶面氧化镓衬底层上生长外延膜。2.根据权利要求1所述的氧化镓同质外延生长的方法，其特征在于，所述外延膜为氧化镓衬底层的同质外延。3.根据权利要求1所述的氧化镓同质外延生长的方法，其特征在于，(001)晶面氧化镓衬底层的斜切角≥0.5
°
。4.根据权利要求1或3所述的氧化镓同质外延生长的方法，其特征在于，(001)晶面氧化镓衬底层的斜切角朝向(010)晶面方向，斜切角为1.5
°
。5.根据权利要求1或3所述的氧化镓同质外延生长的方法，其特征在于，(001)晶面氧化镓衬底层的斜切角的方向为朝向(010)晶面、(100)晶面或两个晶面方向都有。6.根据权利要求1所述的氧化镓同质外延生长的方法，其特征在于，外...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐光伟，韩照，吴昊中，赵晓龙，龙世兵，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：