本發(fā)明涉及半導(dǎo)體材料，尤其涉及p型氧化鎵材料及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、氧化鎵(β-ga2o3)由于其存在價(jià)帶過于平坦、帶隙過寬、嚴(yán)重的施主型非故意摻雜等原因，導(dǎo)致其是一種n型寬禁帶半導(dǎo)體。也正是由于p型β-ga2o3的缺失，使得β-ga2o3作為功率器件的材料時(shí)需要依靠p型氧化鎳、p型bn等化合物形成pn結(jié)。但是這種異質(zhì)結(jié)需要克服以下三方面的問題：1、異質(zhì)界面，例如，β-ga2o3是單斜晶系，異質(zhì)外延過程中往往由于對稱性差而產(chǎn)生多重疇，異質(zhì)外延得到的β-ga2o3晶體質(zhì)量往往較差。2、異質(zhì)結(jié)的禁帶寬度較窄，β-ga2o3被認(rèn)為是理想的功率器件材料主要是由于其超寬帶隙。當(dāng)使用其它p型化合物和n型β-ga2o3構(gòu)成pn結(jié)時(shí)，p型化合物的禁帶寬度較窄，會大大降低pn結(jié)的耐壓特性。3、穩(wěn)定性，目前使用最多的p型氧化鎳其穩(wěn)定性較差，無法作為理想的高耐壓功率器件材料。因此只有p型β-ga2o3才能讓β-ga2o3的強(qiáng)大性能得以體現(xiàn)。

2、目前關(guān)于p型β-ga2o3的研究極其有限，主要集中在理論計(jì)算階段，第一性原理計(jì)算認(rèn)為，由于過寬的帶隙，多數(shù)p型摻雜的β-ga2o3都表現(xiàn)為深能級，即在室溫下無法導(dǎo)電的p型。但眾所周知理論計(jì)算具有極大的局限性，其摻雜濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到半導(dǎo)體摻雜的百萬分之一甚至是千萬分之一的量級，因此其研究結(jié)果參考價(jià)值較低。國外學(xué)者對藍(lán)寶石上生長的本征β-ga2o3外延層進(jìn)行高溫霍爾測試，發(fā)現(xiàn)其呈現(xiàn)出大于0.2ev的深能級。然而該結(jié)果并不具有說服力，因?yàn)楫愘|(zhì)外延存在大量的晶疇，這種結(jié)構(gòu)會嚴(yán)重惡化外延層的晶體質(zhì)量。因此并不能證明β-ga2o3無法實(shí)現(xiàn)室溫p型。

3、因此，急需開發(fā)一種簡單、有效的方法來制備p型β-ga2o3。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、基于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供p型氧化鎵材料及其制備方法與應(yīng)用，旨在提供制備p型β-ga2o3材料的方法以解決現(xiàn)有的β-ga2o3為n型半導(dǎo)體，在應(yīng)用時(shí)需要與其他半導(dǎo)體形成異質(zhì)pn結(jié)，進(jìn)而存在異質(zhì)界面和晶格失配等的問題。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

3、本發(fā)明的第一方面，提供一種在氧化鎵襯底上制備p型氧化鎵材料的方法，其中，包括如下步驟：

4、提供β-ga2o3單晶襯底；

5、將所述β-ga2o3單晶襯底置于沉積系統(tǒng)的腔體中，通入有機(jī)鎵源和n2o，通過有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積法在所述β-ga2o3單晶襯底上進(jìn)行同質(zhì)外延生長，得到p型氮摻雜β-ga2o3材料。

6、可選地，所述有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積法采用的生長溫度為800～1200℃，生長壓力為50～500mbar。

7、可選地，所述有機(jī)鎵源的流量為20～200sccm，所述n2o的流量為1000～50000sccm。

8、可選地，所述有機(jī)鎵源包括三乙基鎵、二異丁基鎵和三甲基鎵中的至少一種。

9、可選地，所述通入有機(jī)鎵源的同時(shí)通入載氣，所述載氣為ar。

10、可選地，所述同質(zhì)外延生長的時(shí)間為30～360min。

11、本發(fā)明的第二方面，提供一種p型氮摻雜β-ga2o3材料，其中，采用本發(fā)明如上所述的制備方法制備得到。

12、本發(fā)明的第三方面，提供一種氧化鎵基復(fù)合層，其中，所述氧化鎵基復(fù)合層包括β-ga2o3單晶襯底以及位于所述β-ga2o3單晶襯底表面的p型氮摻雜β-ga2o3外延層，所述p型氮摻雜β-ga2o3外延層包括本發(fā)明如上所述的p型氮摻雜β-ga2o3材料。

13、本發(fā)明的第四方面，提供一種氧化鎵基復(fù)合層的制備方法，其中，所述氧化鎵基復(fù)合層包括β-ga2o3單晶襯底以及位于所述β-ga2o3單晶襯底表面的p型氮摻雜β-ga2o3外延層，所述氧化鎵基復(fù)合層的制備方法包括如下步驟：

14、采用本發(fā)明如上所述的方法，在β-ga2o3單晶襯底上生長p型氮摻雜β-ga2o3材料，形成p型氮摻雜β-ga2o3外延層，進(jìn)而得到所述氧化鎵基復(fù)合層。

15、本發(fā)明的第五方面，提供一種本發(fā)明如上所述的p型氮摻雜β-ga2o3材料或本發(fā)明如上所述的氧化鎵基復(fù)合層在氧化鎵功率器件中的應(yīng)用。

16、有益效果：本發(fā)明以β-ga2o3單晶作為襯底，以n2o作為氧源和氮源，采用有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積(mocvd)方法在β-ga2o3單晶襯底上進(jìn)行同質(zhì)外延生長，在此過程中n2o中的n(氮)原子以替位摻雜的形式摻雜到β-ga2o3中，實(shí)現(xiàn)n原子的原位摻雜，形成p型氮摻雜β-ga2o3材料。本發(fā)明通過同質(zhì)外延的方式在β-ga2o3單晶襯底上實(shí)現(xiàn)p型β-ga2o3材料的制備，因此不存在異質(zhì)界面、晶格失配等問題。同時(shí)作為pn結(jié)用于β-ga2o3功率器件時(shí)能夠充分發(fā)揮β-ga2o3的出色性質(zhì)。本發(fā)明采用同質(zhì)外延技術(shù)實(shí)現(xiàn)的p型β-ga2o3材料能夠用于制備橫向器件和縱向器件，有助于β-ga2o3基器件的推廣和應(yīng)用。本發(fā)明提供的方法簡單、高效且有望實(shí)現(xiàn)p型氮摻雜β-ga2o3外延層的工業(yè)化生產(chǎn)。

技術(shù)特征：

1.一種制備p型氧化鎵材料的方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積法采用的生長溫度為800～1200℃，生長壓力為50～500mbar。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述有機(jī)鎵源的流量為20～200sccm，所述n2o的流量為1000～50000sccm。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述有機(jī)鎵源包括三乙基鎵、二異丁基鎵和三甲基鎵中的至少一種。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述通入有機(jī)鎵源的同時(shí)通入載氣，所述載氣為ar。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述同質(zhì)外延生長的時(shí)間為30～360min。

7.一種p型氮摻雜β-ga2o3材料，其特征在于，采用權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的方法制備得到。

8.一種氧化鎵基復(fù)合層，其特征在于，所述氧化鎵基復(fù)合層包括β-ga2o3單晶襯底以及位于所述β-ga2o3單晶襯底表面的p型氮摻雜β-ga2o3外延層，所述p型氮摻雜β-ga2o3外延層包括權(quán)利要求7所述的p型氮摻雜β-ga2o3材料。

9.一種氧化鎵基復(fù)合層的制備方法，其特征在于，所述氧化鎵基復(fù)合層包括β-ga2o3單晶襯底以及位于所述β-ga2o3單晶襯底表面的p型氮摻雜β-ga2o3外延層，所述氧化鎵基復(fù)合層的制備方法包括如下步驟：

10.一種權(quán)利要求7所述的p型氮摻雜β-ga2o3材料或權(quán)利要求8所述的氧化鎵基復(fù)合層在氧化鎵功率器件中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開p型氧化鎵材料及其制備方法與應(yīng)用，涉及半導(dǎo)體材料技術(shù)領(lǐng)域。制備p型氧化鎵材料的方法包括如下步驟：將β?Ga<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;單晶襯底置于沉積系統(tǒng)的腔體中，通入有機(jī)鎵源和N<subgt;2</subgt;O，通過有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積法在β?Ga<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;單晶襯底上進(jìn)行同質(zhì)外延生長，得到p型氮摻雜β?Ga<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;材料。本發(fā)明在β?Ga<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;單晶襯底上進(jìn)行同質(zhì)外延生長的過程中N<subgt;2</subgt;O中的N原子以替位摻雜的形式摻雜到β?Ga<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;中，形成p型氮摻雜β?Ga<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;材料。本發(fā)明通過同質(zhì)外延的方式實(shí)現(xiàn)p型β?Ga<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;材料的制備，該p型β?Ga<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;材料能夠用于制備橫向器件和縱向器件，有助于氧化鎵器件的推廣和應(yīng)用。

技術(shù)研發(fā)人員：齊紅基,陳端陽
受保護(hù)的技術(shù)使用者：杭州富加鎵業(yè)科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2