本發(fā)明屬于半導(dǎo)體材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體提供了一種錫摻雜n型氧化鎵制備方法。

背景技術(shù)：

以氧化鎵為代表的第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料因其禁帶寬度大、擊穿場(chǎng)強(qiáng)高、電子飽和漂移速度高、耐腐蝕和抗輻照等突出優(yōu)點(diǎn)，在制作高效率紫外探測(cè)器、氣體傳感器、友好型生物傳感器，以及高頻、高功率、抗輻射等電子器件方面具有重要應(yīng)用，具有電子或者空穴導(dǎo)電特性的氧化鎵材料是制備上述各類器件的基礎(chǔ)，也是當(dāng)今氧化鎵材料制備領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。目前，非摻雜的氧化鎵材料大多表現(xiàn)出高電阻率特性，但可通過(guò)摻入適量摻雜劑使得其表現(xiàn)出電子或者空穴導(dǎo)電特性，與此同時(shí)其電阻率得以顯著降低。目前氧化鎵材料導(dǎo)電類型的控制均是在生長(zhǎng)過(guò)程中進(jìn)行相關(guān)摻雜而實(shí)現(xiàn)，例如氧化鎵單晶的摻雜就是在前驅(qū)體中加入適當(dāng)?shù)腻a或者硅元素獲得電子導(dǎo)電特性；氧化鎵薄膜的摻雜是在反應(yīng)源增加錫或者硅元素獲得電子導(dǎo)電特性。利用上述方法僅可在縱向，即沿生長(zhǎng)方向設(shè)計(jì)相應(yīng)的器件，而無(wú)法進(jìn)行器件橫向結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，特別是在多類型器件集成方面顯得無(wú)能為力，這不利于新型器件的研發(fā)與應(yīng)用。特別是錫與硅材料在1000度以下時(shí)的蒸汽壓較低，難以通過(guò)氣相擴(kuò)散的方式進(jìn)入到氧化鎵體內(nèi)形成n型導(dǎo)電。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于，針對(duì)上述缺乏行之有效的氧化鎵材料后摻雜技術(shù)問(wèn)題，提出一種錫擴(kuò)散摻雜方法，該方法是將適量的錫摻雜源以適當(dāng)?shù)姆椒A(yù)沉積在氧化鎵材料上，然后將氧化鎵材料以適當(dāng)?shù)男问椒胖迷谀透邷毓軆?nèi)，而后在一定的溫度下熱處理一定時(shí)間，使得錫原子能可控的擴(kuò)散到氧化鎵材料中，并激活為有效施主，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)氧化鎵材料的n型摻雜。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種錫摻雜n型氧化鎵制備方法，步驟如下：

步驟1.在氧化鎵材料上預(yù)沉積錫摻雜源或?qū)㈠a摻雜源直接覆蓋在氧化鎵材料上，錫摻雜源的厚度為1nm～1mm；

步驟2.安放氧化鎵材料，選擇如下方法中的一種：

方法一，在常壓條件下，將步驟1處理后的氧化鎵材料置于石英舟或者石英管內(nèi)；

方法二，將步驟1處理后的氧化鎵材料封閉在石英管內(nèi)，石英管內(nèi)的真空度小于1×10^-3Pa；

方法三，將步驟1處理后的氧化鎵材料和錫摻雜源共同封閉在石英管內(nèi)，石英管內(nèi)的真空度小于1×10^-3Pa；

步驟3.對(duì)步驟2放置好的氧化鎵材料進(jìn)行熱處理，熱處理溫度為100℃～1500℃；熱處理時(shí)間為1h～24h；

當(dāng)選擇方法一放置氧化鎵材料時(shí)，在高純氮?dú)饣驓鍤鈿怏w保護(hù)下進(jìn)行熱處理；

步驟4.溫度降到室溫后，取出錫摻雜n型氧化鎵；

步驟5.錫摻雜n型氧化鎵的后續(xù)處理：用清洗液對(duì)錫摻雜n型氧化鎵表面的殘留物進(jìn)行一次清潔，再用去離子水對(duì)產(chǎn)生的殘留物進(jìn)行二次清潔；將氧化鎵材料吹干，妥善保存。

所述的氧化鎵材料是單晶、多晶和制備在襯底上的外延薄膜；所述的錫摻雜源是錫單質(zhì)或錫的氧化物。

所述的優(yōu)選熱處理溫度為700℃～1200℃；優(yōu)選熱處理時(shí)間為2h～12h。

所述的錫摻雜源層的優(yōu)選厚度為10nm～10μm。

所述的清洗液是鹽酸、氫氟酸、硫酸、硝酸、雙氧水、氫氧化鈉、氫氧化鉀中的一種或兩種以上混合。

熱處理過(guò)程中所用的加熱器設(shè)備包括有單溫區(qū)或多溫區(qū)控制的箱式爐、管式爐和RTP快速退火爐。

所述的沉積方法是溶膠凝膠法、熱蒸發(fā)法、電子束蒸發(fā)法、磁控濺射法、激光脈沖沉積、原子層外延或分子束外延法。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明突出的優(yōu)勢(shì)是能夠在氧化鎵材料制備完成后實(shí)現(xiàn)摻雜，并且其所需設(shè)備和工藝過(guò)程簡(jiǎn)單，摻雜可控性高；利用本發(fā)明所提錫摻雜技術(shù)，不僅能夠進(jìn)行基于n型氧化鎵材料的縱向器件結(jié)構(gòu)制備，特別是還可以進(jìn)行橫向器件結(jié)構(gòu)制備和多種類器件集成制造，進(jìn)而研制出傳統(tǒng)摻雜技術(shù)無(wú)法制備出的氧化鎵基新型器件。

附圖說(shuō)明

圖1是具有錫單質(zhì)預(yù)沉積層的氧化鎵單晶的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是錫摻雜氧化鎵單晶的X射線光電能譜圖。

圖3是具有錫單質(zhì)預(yù)沉積層的氧化鎵薄膜的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和技術(shù)方案，進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施方式。

實(shí)施例1

本實(shí)施例提供了一種對(duì)氧化鎵單晶進(jìn)行錫摻雜的方法，包括以下工藝步驟：

步驟1：所選氧化鎵材料具有半絕緣特性，厚度為600μm、表面5mm見(jiàn)方；所選摻雜源為高純金屬錫；

步驟2：采用熱蒸發(fā)方法，在上述氧化鎵單晶上預(yù)沉積一層100nm厚的錫層，如圖1所示；

步驟3：將步驟2處理后的氧化鎵單晶和5g金屬錫，共同封閉在石英管內(nèi)，石英管內(nèi)為高真空，真空度為3×10^-4Pa；

步驟4：將步驟3所放置好的封閉石英管，放入單溫區(qū)管式爐中進(jìn)行熱處理；處理溫度為1000℃，處理時(shí)間為6h；

步驟5：溫度降到室溫后，取出氧化鎵材料；

步驟6：利用稀鹽酸對(duì)氧化鎵材料表面的殘留物進(jìn)行一次清潔；

步驟7：利用去離子水對(duì)步驟6中的產(chǎn)生的殘留物進(jìn)行二次清潔；

步驟8：將氧化鎵材料吹干，妥善保存。

經(jīng)檢測(cè)本實(shí)施例中進(jìn)行錫摻雜的氧化鎵表面已經(jīng)表現(xiàn)出導(dǎo)電特性，其表面電阻率為3400Ω/sq，表面電子濃度為3.5×10¹⁵/cm²。圖2所示為在氧化鎵單晶表面的X射線光電能譜圖，次結(jié)果表明，利用本發(fā)明所述技術(shù)，我們成功制備出具有錫摻雜n型氧化鎵。

實(shí)施例2

本實(shí)施例提供了一種對(duì)氧化鎵薄膜進(jìn)行錫摻雜的方法，包括以下工藝步驟：

步驟1：所選氧化鎵材料為，采用MOCVD方法在藍(lán)寶石襯底上制備的厚度為2μm、表面10mm見(jiàn)方的氧化鎵薄膜；所選摻雜源為高純金屬錫；

步驟2：采用熱蒸發(fā)方法，在上述氧化鎵薄膜上預(yù)沉積一層10nm厚的錫層，如圖3所示；

步驟3：將步驟2處理后的氧化鎵材料和5g金屬錫，共同封閉在石英管內(nèi)，石英管內(nèi)為高真空，真空度為3×10^-4Pa；

步驟4：將步驟3所放置好的封閉石英管，放入單溫區(qū)管式爐中進(jìn)行熱處理；處理溫度為1000℃，處理時(shí)間為6小時(shí)；

步驟5：溫度降到室溫后，取出氧化鎵材料；

步驟6：利用稀鹽酸對(duì)氧化鎵材料表面的殘留物進(jìn)行一次清潔；

步驟7：利用去離子水對(duì)步驟6中的產(chǎn)生的殘留物進(jìn)行二次清潔；

步驟8：將氧化鎵材料吹干，妥善保存。

經(jīng)檢測(cè)本實(shí)施例中進(jìn)行錫摻雜的氧化鎵已經(jīng)表現(xiàn)出導(dǎo)電特性，其表面電阻率為4500Ω/sq，表面電子濃度為2.5×10¹⁵/cm²。

最后應(yīng)說(shuō)明的是：以上各實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述各實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。