本發(fā)明涉及半導(dǎo)體，尤其涉及一種氧化鎵外延片制備方法、外延生長(zhǎng)系統(tǒng)及氧化鎵外延片。

背景技術(shù)：

1、氧化鎵作為新一代超寬禁帶半導(dǎo)體材料，因其自身優(yōu)異的特性，在高功率、低損耗電力電子器件領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。功率器件用氧化鎵材料由襯底和外延膜兩部分構(gòu)成，作為器件功能層的外延膜，需要實(shí)現(xiàn)高厚度、高質(zhì)量同質(zhì)外延生長(zhǎng)，以滿足高壓、大功率器件的使用要求。

2、目前，功率器件用氧化鎵襯底中，（001）和（100）面更易實(shí)現(xiàn)大尺寸單晶制備，特別是（001）面已經(jīng)實(shí)現(xiàn)襯底和外延片的商業(yè)化。然而，（100）面氧化鎵同質(zhì)外延生長(zhǎng)還存在較多難題。現(xiàn)有的金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉淀（metal-organic?chemical?vapordeposition，mocvd）外延技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)高厚、高質(zhì)量外延膜制備，且生長(zhǎng)速度較慢，外延尺寸較小。氫化物氣相外延（hydride?vapor?phase?epitaxy，hvpe）技術(shù)生長(zhǎng)速度快、結(jié)晶純度高，但是hvpe法生長(zhǎng)（100）面氧化鎵外延膜存在連貫性差、多晶顆粒聚集等問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明實(shí)施例提供了一種氧化鎵外延片制備方法、外延生長(zhǎng)系統(tǒng)及氧化鎵外延片，以解決hvpe法生長(zhǎng)（100）面氧化鎵外延膜存在連貫性差、多晶顆粒聚集的問題。

2、第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種氧化鎵外延片制備方法，包括：

3、將（100）面氧化鎵襯底放置在反應(yīng)腔室內(nèi)，通入第一預(yù)設(shè)流量的載氣，設(shè)置反應(yīng)腔室內(nèi)的壓力為第一預(yù)設(shè)壓力，并升溫至第一預(yù)設(shè)溫度；

4、通入第二預(yù)設(shè)流量的氫氣，對(duì)（100）面氧化鎵襯底進(jìn)行預(yù)處理；

5、設(shè)置反應(yīng)腔室內(nèi)的壓力為第二預(yù)設(shè)壓力，并將源區(qū)升溫至第二預(yù)設(shè)溫度，將生長(zhǎng)區(qū)升溫至第三預(yù)設(shè)溫度；

6、在反應(yīng)腔室內(nèi)通入第三預(yù)設(shè)流量的氯化氫、第四預(yù)設(shè)流量的氧氣和第五預(yù)設(shè)流量的氫氣，進(jìn)行氣相外延，以在（100）面氧化鎵襯底表面制備（100）面氧化鎵外延膜。

7、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，第五預(yù)設(shè)流量的范圍為0.5~1.5sccm。

8、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，第五預(yù)設(shè)流量隨（100）面氧化鎵襯底的偏角增大而減小。

9、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，（100）面氧化鎵襯底的偏角的范圍為0~6°。

10、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，第三預(yù)設(shè)流量的范圍為10~30sccm，第四預(yù)設(shè)流量的范圍為20~200sccm，第二預(yù)設(shè)壓力的范圍為100~400mbar，第二預(yù)設(shè)溫度的范圍為850~900℃，第三預(yù)設(shè)溫度的溫度范圍為950~1000℃。

11、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，第三預(yù)設(shè)流量與第四預(yù)設(shè)流量的流量比基于（100）面氧化鎵襯底的偏角確定。

12、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，第二預(yù)設(shè)流量范圍為20~50sccm，對(duì)（100）面氧化鎵襯底進(jìn)行預(yù)處理的時(shí)長(zhǎng)的范圍為10~15min。

13、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，第一預(yù)設(shè)流量為5200sccm，載氣為氮?dú)饣驓鍤?，第一預(yù)設(shè)壓力的范圍為100~400mbar，第一預(yù)設(shè)溫度的范圍為500~600℃。

14、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，在設(shè)置反應(yīng)腔室內(nèi)的壓力為第二預(yù)設(shè)壓力之前，還包括：

15、停止通入氫氣，并將反應(yīng)腔室內(nèi)的壓力設(shè)為0mbar，直至反應(yīng)腔室內(nèi)的氫氣完全去除。

16、第二方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種外延生長(zhǎng)系統(tǒng)，包括反應(yīng)腔室、進(jìn)氣裝置、壓力調(diào)節(jié)裝置、溫度調(diào)節(jié)裝置、存儲(chǔ)器、處理器以及存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器中并可在所述處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)控制反應(yīng)腔室、進(jìn)氣裝置、壓力調(diào)節(jié)裝置和溫度調(diào)節(jié)裝置執(zhí)行如上第一方面或第一方面的任一種可能的實(shí)現(xiàn)方式所述的氧化鎵外延片制備方法的步驟。

17、第三方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種氧化鎵外延片，基于如上第一方面或第一方面的任一種可能的實(shí)現(xiàn)方式所述的氧化鎵外延片制備方法制備得到。

18、本發(fā)明實(shí)施例提供一種氧化鎵外延片制備方法、外延生長(zhǎng)系統(tǒng)及氧化鎵外延片，在進(jìn)行同質(zhì)外延生長(zhǎng)前，通過氫氣對(duì)氧化鎵襯底進(jìn)行預(yù)處理，去除氧化鎵襯底表面亞損傷層，露出原子臺(tái)階，促進(jìn)臺(tái)階流生長(zhǎng)，并在進(jìn)行同質(zhì)外延生長(zhǎng)過程中，在反應(yīng)源氣體中加入氫氣，可以促進(jìn)表面遷移，有利于獲得臺(tái)階流生長(zhǎng)，同時(shí)利用氫氣分解氧化鎵的特性，降低多晶顆粒聚集，減少三維島狀生長(zhǎng)，能夠提高外延膜表面連貫性與質(zhì)量。

技術(shù)特征：

1.一種氧化鎵外延片制備方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化鎵外延片制備方法，其特征在于，所述第五預(yù)設(shè)流量的范圍為0.5~1.5sccm。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氧化鎵外延片制備方法，其特征在于，所述第五預(yù)設(shè)流量隨所述（100）面氧化鎵襯底的偏角增大而減?。凰觯?00）面氧化鎵襯底的偏角的范圍為0~6°。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化鎵外延片制備方法，其特征在于，所述第三預(yù)設(shè)流量的范圍為10~30sccm，所述第四預(yù)設(shè)流量的范圍為20~200sccm，所述第二預(yù)設(shè)壓力的范圍為100~400mbar，所述第二預(yù)設(shè)溫度的范圍為850~900℃，所述第三預(yù)設(shè)溫度的溫度范圍為950~1000℃。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的氧化鎵外延片制備方法，其特征在于，所述第三預(yù)設(shè)流量與所述第四預(yù)設(shè)流量的流量比基于所述（100）面氧化鎵襯底的偏角確定。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化鎵外延片制備方法，其特征在于，所述第二預(yù)設(shè)流量范圍為20~50sccm，對(duì)所述（100）面氧化鎵襯底進(jìn)行預(yù)處理的時(shí)長(zhǎng)的范圍為10~15min。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化鎵外延片制備方法，其特征在于，所述第一預(yù)設(shè)流量為5200sccm，所述載氣為氮?dú)饣驓鍤?，所述第一預(yù)設(shè)壓力的范圍為100~400mbar，所述第一預(yù)設(shè)溫度的范圍為500~600℃。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化鎵外延片制備方法，其特征在于，在設(shè)置所述反應(yīng)腔室內(nèi)的壓力為第二預(yù)設(shè)壓力之前，還包括：

9.一種外延生長(zhǎng)系統(tǒng)，其特征在于，包括反應(yīng)腔室、進(jìn)氣裝置、壓力調(diào)節(jié)裝置、溫度調(diào)節(jié)裝置、存儲(chǔ)器、處理器以及存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器中并可在所述處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)控制所述反應(yīng)腔室、所述進(jìn)氣裝置、所述壓力調(diào)節(jié)裝置和所述溫度調(diào)節(jié)裝置執(zhí)行權(quán)利要求1至8任一項(xiàng)所述的方法的步驟。

10.一種氧化鎵外延片，其特征在于，基于權(quán)利要求1至8任一項(xiàng)所述的氧化鎵外延片制備方法制備得到。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種氧化鎵外延片制備方法、外延生長(zhǎng)系統(tǒng)及氧化鎵外延片。該方法包括：將（100）面氧化鎵襯底放置在反應(yīng)腔室內(nèi)，通入第一預(yù)設(shè)流量的載氣，設(shè)置反應(yīng)腔室內(nèi)的壓力為第一預(yù)設(shè)壓力，并升溫至第一預(yù)設(shè)溫度；通入第二預(yù)設(shè)流量的氫氣，對(duì)（100）面氧化鎵襯底進(jìn)行預(yù)處理；設(shè)置反應(yīng)腔室內(nèi)的壓力為第二預(yù)設(shè)壓力，并將源區(qū)升溫至第二預(yù)設(shè)溫度，將生長(zhǎng)區(qū)升溫至第三預(yù)設(shè)溫度；在反應(yīng)腔室內(nèi)通入第三預(yù)設(shè)流量的氯化氫、第四預(yù)設(shè)流量的氧氣和第五預(yù)設(shè)流量的氫氣，進(jìn)行氣相外延，以在（100）面氧化鎵襯底表面制備（100）面氧化鎵外延膜。本發(fā)明能夠促進(jìn)臺(tái)階流生長(zhǎng)，降低多晶顆粒聚集，減少三維島狀生長(zhǎng)，能夠提高外延膜表面連貫性與質(zhì)量。

技術(shù)研發(fā)人員：李賀,董增印,王英民,程紅娟,張嵩,王雙
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國電子科技集團(tuán)公司第四十六研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2