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人工晶体学报 ›› 2025, Vol. 54 ›› Issue (2): 227-232.DOI: 10.16553/j.cnki.issn1000-985x.2024.0251

• 薄膜外延 • 上一篇    下一篇

HVPE法同质外延氧化镓厚膜技术研究

董增印1,2, 王英民1, 张嵩1, 李贺1, 孙科伟1, 程红娟1, 刘超2   

  1. 1.中国电子科技集团公司第四十六研究所,天津 300220;
    2.山东大学集成电路学院,济南 250100
  • 收稿日期:2024-10-24 发布日期:2025-03-04
  • 通信作者: 王英民,正高级工程师。E-mail:wymzll@126.com;王英民,博士,正高级工程师,中国电子科技集团公司首席科学家,山西省学术技术带头人,“三晋英才”领军人才,山西省新兴产业领军人才。主要研究方向为碳化硅、氧化镓、金刚石等宽禁带半导体材料。主持并参加了国家自然科学基金、“863”计划和山西省重大专项等国家、省部级科研项目20余项,获山西省、集团公司、国防系统等省部级科技进步奖5项。发表论文40余篇,申请/授权国家发明专利20余件。程红娟,正高级工程师。E-mail:xiemn08@126.com;程红娟,中国电子科技集团公司第四十六研究所新材料研发中心副主任,正高级工程师。《人工晶体学报》青年编委。主要从事硫化镉、氮化铝等新型半导体单晶材料研制工作。主持并参与国家863、国防973、国家重点研发计划、基础科研重大等各类科研项目20余项,先后获省部级奖项9次,发表科技论文10余篇,授权国家专利20余件。刘 超,教授。E-mail:chao.liu@sdu.edu.cn;刘 超,山东大学集成电路学院/晶体材料国家重点实验室教授、博士生导师、国家重点研发计划首席青年科学家、齐鲁青年学者、山东省高层次人才。主要研究领域是宽禁带半导体材料与器件。主持国家重点研发计划、国家自然科学基金等科研项目10余项。发表论文90余篇,申请/授权发明专利30余件。
  • 作者简介:董增印(1990—),男,河北省人,博士研究生,工程师。E-mail:1430557445@qq.com;董增印,中国电子科技集团公司第四十六研究所新材料研发中心工程师,山东大学集成电路学院博士研究生。主要从事氧化镓、氮化铝等超宽禁带半导体材料外延研制工作,主持和参与国家稳定专项、国家重点研发计划等多项科研项目。

Homoepitaxial Growth of Gallium Oxide Thick Films by HVPE Method

DONG Zengyin1, 2, WANG Yingmin1, ZHANG Song1, LI He1, SUN Kewei1, CHENG Hongjuan1, LIU Chao2   

  1. 1. The 46th Research Institute, China Electronics Technology Group Corporation, Tianjin 300220, China;
    2. School of Integrated Circuits, Shandong University, Jinan 250100, China
  • Received:2024-10-24 Published:2025-03-04

摘要: 卤化物气相外延(HVPE)法因生长速度快、掺杂可控等优势主要被用于生长β-Ga2O3同质外延片。本文采用垂直结构的HVPE设备进行β-Ga2O3厚膜的同质外延,探究了不同生长压力对β-Ga2O3的生长速度和外延质量的影响。研究发现,在生长相同厚度β-Ga2O3外延膜时,降低生长压力虽然使生长速度有所降低,但更容易获得生长条纹连贯的、高结晶质量的β-Ga2O3厚膜。分析了外延膜中非故意掺杂的氮杂质来源,排除了氮气分解的可能性,通过调控Ⅵ/Ⅲ比,即提升氧气分压,能够有效降低β-Ga2O3外延膜中的氮杂质浓度,从8×1016 cm-3降低至1×1016 cm-3。最终,采用优化后的外延工艺,制备出高质量的2英寸(1英寸=2.54 cm)HVPE β-Ga2O3外延片,膜厚和载流子浓度分别是15.8 μm和1.5×1016 cm-3,两者的不均匀性分别是3.6%和7.6%。

关键词: 卤化物气相外延, β-Ga2O3, 同质外延, 生长压力, 氮杂质, Ⅵ/Ⅲ比

Abstract: Halide vapor phase epitaxy (HVPE) is mainly utilized to obtain β-Ga2O3 homoepitaxial wafers because of its advantages such as high growth rate and efficient impurity doping controllability. In this paper, the homoepitaxialβ-Ga2O3 thick films were grown by a vertical HVPE system. The effects of different growth pressures on the growth rate and epitaxial quality were investigated. It is found thatwhen growing epitaxial β-Ga2O3 films of the same thickness, although reducing the growth pressure slows down the growth rate, it can easily obtain high crystalline quality β-Ga2O3 thick films with unbroken microstep arrays. The source of unintentional nitrogen impurities in the epitaxial films was analyzed, and the possibility of nitrogen decomposition was ruled out. By adjusting the Ⅵ/Ⅲ ratio, specifically by increasing the oxygen partial pressure, the concentration of nitrogen impurities in β-Ga2O3 epitaxial films can be effectively reduced from 8×1016 cm-3 to 1×1016 cm-3. Finally, 2-inch high-quality HVPE β-Ga2O3 epitaxial wafer has been successfully achieved with optimized epitaxial growth parameters. The film thickness and carrier concentration are 15.8 μm and 1.5×1016 cm-3, the inhomogeneity of which are 3.6% and 7.6%, respectively.

Key words: HVPE, β-Ga2O3, homoepitaxial, growth pressure, N impurity, Ⅵ/Ⅲ radio

中图分类号: