一种原子级高质量氧化镓外延层制备方法技术

本发明专利技术公开了一种原子级高质量氧化镓外延层制备方法，所述方法包括：对衬底材料执行第一处理，以获得原子台阶状的衬底表面；获取基于所述衬底表面生长的氧化镓外延层；对所述外延层执行第二处理，以获得原子台阶状的氧化镓外延层。本发明专利技术能够获得高质量的多层氧化镓外延层。

【技术实现步骤摘要】
一种原子级高质量氧化镓外延层制备方法
本专利技术属于微电子
，具体涉及一种原子级高质量氧化镓外延层制备方法。
技术介绍
氧化镓(Ga2O3)是一种新型超宽禁带半导体，其优异的性能使氧化镓成为了下一代大功率电子器件的热点材料。随着研究的深入，如何制备高质量的氧化镓材料，成为了研究者们关注的问题。目前，氧化镓外延层有两种，一是同质外延层，即是在氧化镓衬底材料上，外延氧化镓得到的外延层，所述氧化嫁衬底又称同质衬底；二是异质外延层，可以基于其他材料的衬底上，外延氧化镓得到的外延层，所述其他材料的衬底又称异质衬底。现有技术中，针对同质外延层，通常是直接使用抛光处理的商业氧化镓衬底制备氧化镓外延层，具体的，通过衬底表面的二维成核来进行氧化镓衬底外延处理，该方法制备的外延层结构不平整，粗糙度大，质量不好；针对异质外延层，依据现有技术中制备的异质外延层粗糙度均大于2nm，质量差，不平整，无法满足氧化镓外延层的使用要求。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种原子级高质量氧化镓外延层制备方法。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：一种原子级高质量氧化镓外延层制备方法，所述方法包括：对衬底材料执行第一处理，以获得原子台阶状的衬底表面；获取基于所述衬底表面生长的氧化镓外延层；对所述氧化镓外延层执行第二处理，以获得原子台阶状的氧化镓外延层。在本专利技术的一个实施例中，当所述衬底材料为同质衬底时，所述对衬底材料执行第一处理，以获得原子台阶状的衬底表面，包括：将所述同质衬底放入刻蚀液中执行刻蚀操作；清洗刻蚀后的同质衬底；按照第一预设参数，对清洗后的同质衬底执行热处理操作，以获得原子台阶状的衬底表面。在本专利技术的一个实施例中，当所述衬底材料为异质衬底时，所述对衬底材料执行第一处理，以获得原子台阶状的衬底表面，包括：按照第二预设参数，对所述异质衬底执行热处理操作，以获得原子台阶状的衬底表面。本专利技术的有益效果：本专利技术能够基于获得的原子台阶状的氧化镓衬底，进一步获得高质量的氧化镓外延层，解决了现有技术中无法获得高质量的缺点。以下将结合附图及实施例对本专利技术做进一步详细说明。附图说明图1是本专利技术实施例提供的一种原子级高质量氧化镓外延层制备方法流程示意图；图2是本专利技术实施例提供的一种获得原子台阶状氧化镓外延层的示意图；图3是本专利技术实施例提供的另一种获得原子台阶状氧化镓外延层的示意图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术做进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例请参见图1，图1是本专利技术实施例提供的一种原子级高质量氧化镓外延层制备方法示意图，所述方法包括：步骤101，对衬底材料执行第一处理，以获得原子台阶状的衬底表面。所述衬底材料可以是氧化镓，也可以是其他材料的衬底。氧化镓材料衬底又称同质衬底，即，衬底材料与氧化镓外延层为同质材料；其他材料的衬底又称异质衬底，即，衬底材料与氧化镓外延层为异质材料。基于氧化镓衬底获得的氧化镓外延层称为同质氧化镓外延层，基于其他材料衬底获得的氧化镓外延层称为异质氧化镓外延层。优选的，本方案中其他材料的衬底为蓝宝石衬底，尤其是大切角的蓝宝石衬底。可选地，当所述衬底材料为同质衬底时，所述步骤101包括：步骤S11，将同质衬底放入刻蚀液中执行刻蚀操作。所述刻蚀液具有很强的氧化性，能够清除所述同质衬底上的有机物，也可以造成同质衬底表面的晶格缺失。具体的，所述刻蚀液可以是食人鱼刻蚀液，所述食人鱼刻蚀液指的是浓硫酸和过氧化氢的混合物，其中，浓硫酸与过氧化氢的比例为3:1。可选地，所述步骤S11包括：将同质衬底放入刻蚀液中，按照预设第一刻蚀时间执行刻蚀操作。所述预设第一刻蚀时间由本领域技术人员根据业务需要设置，本专利技术不做具体限制。通常所述第一刻蚀时间设置为40秒，按照所述预设第一刻蚀时间能够最优地清除所述同质衬底上的有机物，便于后续获取氧化镓外延层。步骤S12，清洗刻蚀后的同质衬底。当清除了同质衬底上的有机物之后，需要对刻蚀后的同质衬底进行清洗操作，以清洗掉同质衬底上的刻蚀液，通常使用去离子水执行所述清洗操作，示例如，使用去离子水执行三次清洗操作。步骤S13，按照第一预设参数，对清洗后的同质衬底执行热处理操作，以获得原子台阶状的衬底表面。所述热处理操作指的是一种金属热加工工艺，通过所述热处理操作能够为氧化镓提供高温能量，减少材料缺陷，从而得到原子台阶状的衬底表面。优选的，所述热处理操作可以是退火操作。所述第一预设参数包括：第一热处理温度参数、第一升温速度参数和第一热处理时间参数，所述第一预设参数由本领域技术人员预先在热处理设备中设置，本专利技术不做限制。可选的，当所述热处理操作为退火操作时，本专利技术优先选择的第一预设参数为：退火温度850度、升温速度10℃/min，退火时间为10分钟，其中，所述热处理设备为退火设备，所述退火设备可以是马弗炉。可选地，所述对清洗后的同质衬底执行热处理操作，包括：通过热处理操作使同质衬底表面的多个氧化镓原子之间产生关联，实现氧化镓原子自组装。所述刻蚀液在刻蚀氧化镓衬底，清除有机物的同时，会造成氧化镓衬底表面的晶格缺失，通过热处理操作提供的能量能够使氧化镓衬底表面的多个氧化镓原子之间同时自发地产生关联，并集合在一起形成一个紧密而有序的整体，从而实现氧化镓原子自组装，即，自行修复功能，所述自行修复功能能够使氧化镓衬底表面形成原子台阶状形貌。所述步骤S11至步骤S13可以称为第一湿化学处理工艺。可选地，当所述衬底材料为异质衬底时，所述步骤101包括：按照第二预设参数，对异质衬底执行热处理操作，以获得原子台阶状的衬底表面。所述第二预设参数包括：第二热处理温度参数、第二升温速度参数和第二热处理时间参数，所述第二预设参数由本领域技术人员预先在热处理设备中设置，本专利技术不做限制。当所述异质衬底为大切角的蓝宝石衬底时，由于蓝宝石材料为钝化型材料难以刻蚀，只需进行热处理操作即可获得原子级的台阶状衬底表面，另外，通常情况下针对蓝宝石衬底的热处理温度参数远高于针对氧化镓衬底的热处理温度参数。所述热处理操作优选退火操作。可选的，所述步骤101之前，所述方法还包括：清洗所述衬底材料。所述清洗所述衬底材料包括：步骤S21，对所述衬底材料执行超声清洗。所述超声清洗指利用超声波在液体中的空化作用、加速作用及直进流作用，使污物层被分散、乳化、剥离而达到清洗目的，通常可以分别使用去离子水、丙酮、酒精等液体，对衬底材料进行超声清洗。清洗时间由本领域技术人员根据业务需要进行处理，示例如，超声清洗15分钟。步骤S22，通过去离子水冲洗所述衬底材料。示例如，通过去离子水冲洗蓝宝石衬底10分钟。步骤S23，通过惰性气体吹干所述衬底材料。示例如，所述惰性气体使用氮气。步骤S24，烘干所述衬底材料。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种原子级高质量氧化镓外延层制备方法，其特征在于，所述方法包括：/n对衬底材料执行第一处理，以获得原子台阶状的衬底表面；/n获取基于所述衬底表面生长的氧化镓外延层；/n对所述氧化镓外延层执行第二处理，以获得原子台阶状的氧化镓外延层。/n

【技术特征摘要】
1.一种原子级高质量氧化镓外延层制备方法，其特征在于，所述方法包括：
对衬底材料执行第一处理，以获得原子台阶状的衬底表面；
获取基于所述衬底表面生长的氧化镓外延层；
对所述氧化镓外延层执行第二处理，以获得原子台阶状的氧化镓外延层。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述衬底材料为同质衬底时，所述对衬底材料执行第一处理，以获得原子台阶状的衬底表面，包括：
将所述同质衬底放入刻蚀液中执行刻蚀操作；
清洗刻蚀后的同质衬底；
按照第一预设参数，对清洗后的同质衬底执行热处理操作，以获得原子台阶状的衬底表面。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述衬底材料为异质衬底时，所述对衬底材料执行第一处理，以获得原子台阶状的衬...

【专利技术属性】
技术研发人员：马晓华，陆小力，郑雪峰，蔡明霜，何云龙，郝跃，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61