【技术实现步骤摘要】
本申请涉及半导体薄膜材料，具体涉及一种si:ga2o3薄膜及其制备方法。
技术介绍
1、随着信息技术的不断发展，半导体技术已经成为了当今世界上最重要的一种技术。半导体是指常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的一种导电性可控材料，常被用于制作半导体器件和集成电路。氧化镓(ga2o3)是一种直接带隙的宽禁带半导体材料，因其在耐压、电流、功率、损耗等维度都有其独特优势，因此在sbd、场效应晶体管、逆变器等电力电子器件领域中发挥着巨大的作用。
2、近年来，研究人员通过向氧化镓中掺杂si、zn、al、fe等元素，来进一步改善氧化镓的电学参数及实用性能，si掺杂ga2o3薄膜(si:ga2o3)就是其中的一种。目前，国内外已经公开了多种si:ga2o3薄膜的制备方法，例如有文献报道：首先将sio2和ga2o3多晶粉末混合，通过固体烧结法煅烧获得si掺杂ga2o3多晶靶材；然后采用脉冲激光溅射法，通过轰击si掺杂ga2o3多晶靶材在衬底上沉积si:ga2o3外延薄膜；然而上述方法存在沉积速度慢、靶材制备困难等问题，并且获得的si:ga2o3薄膜的si掺杂较高(≥0.5mol％)，因此难以满足3000v以上高耐压功率器件的使用需求。也有报道提出：采用金属有机化学气相沉积(mocvd)在衬底表面生长外延薄膜，上述方法通常采用有机物质(例如:teos)作为硅掺杂源，但是受设备设计的限制，该方法无法实现硅掺杂源量的精准控制，即无法获得si掺杂量＜0.5mol％的si:ga2o3薄膜。
3、因此，急需提供一种si:ga2o3薄膜的
技术实现思路
1、为了解决相关技术中si:ga2o3薄膜中si掺杂较高的问题。本申请提供一种si:ga2o3薄膜及其制备方法。
2、第一方面，本申请提供一种si:ga2o3薄膜，采用如下的技术方案：
3、一种si:ga2o3薄膜，包括fe:ga2o3衬底、以及衬底上生长的外延薄膜；所述si:ga2o3薄膜中，si原子与ga原子的摩尔比为(6.97×10-6～9.06×10-2)：100。
4、本申请提供一种si:ga2o3薄膜，该si:ga2o3薄膜中，si原子与ga原子的摩尔比仅为(6.97×10-6～9.06×10-2)：100，而上述摩尔比的si:ga2o3薄膜的载流子浓度为6×1017～1.2×1020，电阻率＜0.4ω·cm。因此，本申请提供的si:ga2o3薄膜的硅掺量少、载流子浓度范围广、电阻率低，能够满足sbd和mosfet等高耐压、高功率、低损耗器件的使用需求。
5、可选地，所述衬底为(010)取向的fe:ga2o3衬底。
6、本申请中，以(010)取向的fe:ga2o3衬底进行同质外延，能够有效避免衬底与外延层之间的晶格失配、热失配，从而获得晶格匹配度高、晶格间结合紧密的外延薄膜，并且生长的外延薄膜不易脱落。
7、进一步地，所述si原子与ga原子的摩尔比为(3.16×10-5～8.75×10-3)：100。
8、本申请中，进一步将si原子与ga原子的摩尔比控制在上述范围内，获得的si:ga2o3薄膜电阻率能够低至0.1ω·cm以下。
9、本申请中，外延薄膜的电学参数主要包括：载流子浓度，迁移率，导电率和电阻率等。载流子是电流载体，指带有电荷的物质微粒，直接影响着半导体材料的导电特性。载流子浓度是指单位体积内载流子的数量。载流子浓度越大，表明半导体材料的导电率越高。载流子迁移率是指载流子在电场作用下的平均漂移速度。迁移率是反映半导体中载流子导电能力的重要参数，同样的掺杂浓度，载流子的迁移率越大，半导体材料的导电率越高。导电率受载流子浓度的影响，与载流子浓度呈现相同的变化趋势。电阻率越大，表面导电性越差。
10、本申请中，所述外延薄膜的层厚度为200±10nm，载流子浓度为6×1017～1.2×1020cm-3，电阻率＜0.4ω·cm。
11、第二方面，本申请提供一种si:ga2o3薄膜的制备方法，采用如下的技术方案：
12、一种si:ga2o3薄膜的制备方法，包括以下步骤：fe:ga2o3衬底清洗；然后将fe:ga2o3衬底置于mocvd反应腔，以有机镓化合物作为镓源、无机硅作为硅掺杂源、氩气作为载气，反应腔加热使fe:ga2o3衬底表面生长外延薄膜；最后经原位退火处理，获得si:ga2o3薄膜。
13、本申请提供了一种si:ga2o3薄膜的制备方法，上述制备方法以(010)取向fe:ga2o3作为衬底，有机镓化合物作为镓源、以无机硅作为硅掺杂源，通过金属有机化学气相沉积在衬底表面生长氧化镓同质外延薄膜。上述制备方法能够实现硅掺杂源量的精准控制，并且获得的si:ga2o3薄膜的表面光滑致密、厚度均匀，晶格间结合紧密、匹配度高。
14、本申请中，通过向mocvd设备外接无机硅源控制系统，从而实现硅掺杂源量的精准控制。
15、进一步地，所述外延薄膜生长过程中，进入反应腔的si原子的流速为9.8×10-12～1.2×10-7mol/min，进入反应腔的ga原子的流速为1.4×10-4～1.5×10-4mol/min。
16、本申请中，通过控制乙硅烷的流速、氩气的流速以及镓源的流速，能够实现si原子与ga原子摩尔比的调控。本申请将si原子与ga原子的流速控制在上述范围内，能够使si原子与ga原子的摩尔比保持在(6.97×10-6～9.06×10-2)：100范围内，获得的si:ga2o3薄膜具备良好的表面粗糙度、厚度均匀性及电学性能，其表面粗糙度≤6.8nm、厚度差＜10nm，载流子浓度为6×1017～1.2×1020cm-3，电阻率＜0.4ω·cm。
17、在一个具体的实施方案中，所述进入反应腔的si原子的流速可以为9.8×10-12mol/min、4.44×10-11mol/min、8.91×10-11mol/min、4.25×10-10mol/min、3.43×10-9mol/min、1.23×10-8mol/min、4.78×10-8mol/min或1.27×10-7mol/min。
18、在一个具体的实施方案中，所述进入反应腔的ga原子的流速为1.41×10-4mol/min。
19、进一步地，所述进入反应腔的si原子的流速可以为4.44×10-11～1.2×10-8mol/min，si原子与ga原子的摩尔比为(3.16×10-5～8.75×10-3)：100，获得的si:ga2o3薄膜的电阻率更低，电阻率＜0.1ω·cm。
20、进一步地，所述有机镓化合物选自三甲基镓和三乙基镓中的一种或两种；无机硅选自乙硅烷和硅烷中的一种或两种。
21、进一步地，所述反应腔内的生长温度为600-850℃，生长压力为20-30tor本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种Si:Ga2O3薄膜，其特征在于，所述Si:Ga2O3薄膜包括衬底、以及衬底上生长的外延薄膜；所述Si:Ga2O3薄膜中，Si原子与Ga原子的摩尔比为（6.97×10-6~9.06×10-2）：100。
2.根据权利要求1所述的Si:Ga2O3薄膜，其特征在于，所述衬底为(010)取向的Fe:Ga2O3衬底。
3.根据权利要求1所述的Si:Ga2O3薄膜，其特征在于，所述外延薄膜的层厚度为200±10nm，载流子浓度为6×1017~1.2×1020cm-3，电阻率＜0.4Ω·cm。
4.如权利要求1-3中任一项所述的Si:Ga2O3薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的Si:Ga2O3薄膜的制备方法，其特征在于，所述外延薄膜生长过程中，进入反应腔的Si原子的流速为9.8×10-12~1.2×10-7mol/min，进入反应腔的Ga原子的流速为1.4×10-4~1.5×10-4mol/min。
6.根据权利要求4所述的Si:Ga2O3薄膜的制备方法，其特征在于，所述有机镓化合物选自三甲
7.根据权利要求4所述的Si:Ga2O3薄膜的制备方法，其特征在于，所述反应腔内的生长温度为600-850℃，生长压力为20-30Torr，氧气浓度为99.999%。
8.根据权利要求4所述的Si:Ga2O3薄膜的制备方法，其特征在于，所述原位退火的氛围为氮气或氧气，原位退火处理的时间为25-40min。
9.根据权利要求4所述的Si:Ga2O3薄膜的制备方法，其特征在于，所述原位退火的氛围为氮气。
10.根据权利要求4所述的Si:Ga2O3薄膜的制备方法，其特征在于，所述对Fe:Ga2O3衬底清洗的具体步骤为：选取(010)取向的Fe:Ga2O3衬底，将Fe:Ga2O3衬底分别在丙酮、无水乙醇、去离子水中各超声清洗15-20min，干燥。
...【技术特征摘要】
1.一种si:ga2o3薄膜，其特征在于，所述si:ga2o3薄膜包括衬底、以及衬底上生长的外延薄膜；所述si:ga2o3薄膜中，si原子与ga原子的摩尔比为（6.97×10-6~9.06×10-2）：100。
2.根据权利要求1所述的si:ga2o3薄膜，其特征在于，所述衬底为(010)取向的fe:ga2o3衬底。
3.根据权利要求1所述的si:ga2o3薄膜，其特征在于，所述外延薄膜的层厚度为200±10nm，载流子浓度为6×1017~1.2×1020cm-3，电阻率＜0.4ω·cm。
4.如权利要求1-3中任一项所述的si:ga2o3薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的si:ga2o3薄膜的制备方法，其特征在于，所述外延薄膜生长过程中，进入反应腔的si原子的流速为9.8×10-12~1.2×10-7mol/min，进入反应腔的ga原子的流速为1.4×10-4~1.5×10-4mol/...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈旭，孟冬冬，葛坤鹏，陈政委，
申请(专利权)人：北京铭镓半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：
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