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

背景技術：

以氧化鎵為代表的第三代寬禁帶半導體材料因其禁帶寬度大、擊穿場強高、電子飽和漂移速度高、耐腐蝕和抗輻照等突出優(yōu)點，在制作高效率紫外探測器、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用，具有電子或者空穴導電特性的氧化鎵材料是制備上述各類器件的基礎，也是當今氧化鎵材料制備領域的研究熱點。目前，非摻雜的氧化鎵材料大多表現出高電阻率特性，但可通過摻入適量摻雜劑使得其表現出電子或者空穴導電特性，與此同時其電阻率得以顯著降低。目前氧化鎵材料導電類型的控制均是在生長過程中進行相關摻雜而實現，例如氧化鎵單晶的摻雜就是在前驅體中加入適當的錫或者硅元素獲得電子導電特性；氧化鎵薄膜的摻雜是在反應源增加錫或者硅元素獲得電子導電特性。利用上述方法僅可在縱向，即沿生長方向設計相應的器件，而無法進行器件橫向結構設計，特別是在多類型器件集成方面顯得無能為力，這不利于新型器件的研發(fā)與應用。特別是錫與硅材料在1000度以下時的蒸汽壓較低，難以通過氣相擴散的方式進入到氧化鎵體內形成n型導電。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的在于，針對上述缺乏行之有效的氧化鎵材料后摻雜技術問題，提出一種錫擴散摻雜方法，該方法是將適量的錫摻雜源以適當的方法預沉積在氧化鎵材料上，然后將氧化鎵材料以適當的形式放置在耐高溫管內，而后在一定的溫度下熱處理一定時間，使得錫原子能可控的擴散到氧化鎵材料中，并激活為有效施主，進而實現氧化鎵材料的n型摻雜。

本發(fā)明的技術方案：

一種錫摻雜n型氧化鎵制備方法，步驟如下：

步驟1.在氧化鎵材料上預沉積錫摻雜源或將錫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；

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

步驟3.對步驟2放置好的氧化鎵材料進行熱處理，熱處理溫度為100℃～1500℃；熱處理時間為1h～24h；

當選擇方法一放置氧化鎵材料時，在高純氮氣或氬氣氣體保護下進行熱處理；

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：用清洗液對錫摻雜n型氧化鎵表面的殘留物進行一次清潔，再用去離子水對產生的殘留物進行二次清潔；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。

熱處理過程中所用的加熱器設備包括有單溫區(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)勢是能夠在氧化鎵材料制備完成后實現摻雜，并且其所需設備和工藝過程簡單，摻雜可控性高；利用本發(fā)明所提錫摻雜技術，不僅能夠進行基于n型氧化鎵材料的縱向器件結構制備，特別是還可以進行橫向器件結構制備和多種類器件集成制造，進而研制出傳統(tǒng)摻雜技術無法制備出的氧化鎵基新型器件。

附圖說明

圖1是具有錫單質預沉積層的氧化鎵單晶的結構示意圖。

圖2是錫摻雜氧化鎵單晶的X射線光電能譜圖。

圖3是具有錫單質預沉積層的氧化鎵薄膜的結構示意圖。

具體實施方式

以下結合附圖和技術方案，進一步說明本發(fā)明的具體實施方式。

實施例1

本實施例提供了一種對氧化鎵單晶進行錫摻雜的方法，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，石英管內為高真空，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)管式爐中進行熱處理；處理溫度為1000℃，處理時間為6h；

步驟5：溫度降到室溫后，取出氧化鎵材料；

步驟6：利用稀鹽酸對氧化鎵材料表面的殘留物進行一次清潔；

步驟7：利用去離子水對步驟6中的產生的殘留物進行二次清潔；

步驟8：將氧化鎵材料吹干，妥善保存。

經檢測本實施例中進行錫摻雜的氧化鎵表面已經表現出導電特性，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，次結果表明，利用本發(fā)明所述技術，我們成功制備出具有錫摻雜n型氧化鎵。

實施例2

本實施例提供了一種對氧化鎵薄膜進行錫摻雜的方法，包括以下工藝步驟：

步驟1：所選氧化鎵材料為，采用MOCVD方法在藍寶石襯底上制備的厚度為2μm、表面10mm見方的氧化鎵薄膜；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，石英管內為高真空，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)管式爐中進行熱處理；處理溫度為1000℃，處理時間為6小時；

步驟5：溫度降到室溫后，取出氧化鎵材料；

步驟6：利用稀鹽酸對氧化鎵材料表面的殘留物進行一次清潔；

步驟7：利用去離子水對步驟6中的產生的殘留物進行二次清潔；

步驟8：將氧化鎵材料吹干，妥善保存。

經檢測本實施例中進行錫摻雜的氧化鎵已經表現出導電特性，其表面電阻率為4500Ω/sq，表面電子濃度為2.5×10¹⁵/cm²。

最后應說明的是：以上各實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發(fā)明各實施例技術方案的范圍。