一种降低HVPE外延膜中Si含量的镓舟结构的制作方法

本发明涉及单晶材料生长技术，尤其是涉及一种降低hvpe外延膜中si含量的镓舟结构，是一种水平结构卤化物气相外延（hvpe）炉所用的新型镓舟结构。

背景技术：

氧化镓（ga2o3）是继gan、sic等第三代半导体之后的第四代氧化物半导体材料，存在5种晶体结构（α、β、γ、δ、ε），其中β-ga2o3是结构最为稳定的一种。与si、gan、sic等半导体相比，β-ga2o3的禁带宽度大，理论击穿场强可以达到8mv/cm，导通电阻小，巴利加优值高，可以用来制作高性能的功率电子器件，具有广泛的应用前景。

目前β-ga2o3最有前途的应用是肖特基开关器件，制备超高击穿电压的垂直sbd器件需要厚的外延膜，其厚度需要达到7μm以上，载流子浓度需要控制在10¹⁶cm³数量级及以下。在相同厚度外延膜的条件下，载流子浓度越低，制备的sbd器件的反向击穿电压越高。在各种外延方法中，hvpe法是唯一一种生长速度快，能够将β-ga2o3外延膜的厚度提升至7μm以上的生长方法，也是制备β-ga2o3sbd器件的最优选择。

由于hvpe的镓舟采用石英结构，在高温条件下，腐蚀性气体cl2流经石英结构的镓舟，会对石英产生一定的腐蚀作用，在β-ga2o3的生长过程中si元素会掺入β-ga2o3中。si在β-ga2o3中是一种浅施主，能够导致β-ga2o3外延膜呈现n型，载流子浓度可以达到10¹⁷cm^-3，高浓度的载流子会使得制备的β-ga2o3器件的反向击穿电压低，从而降低了器件的性能。

技术实现要素：

本发明为了解决hvpe法生长β-ga2o3过程中氧化镓外延膜中si浓度高的问题，提出了一种新型的镓舟结构，是一种降低hvpe外延膜中si含量的镓舟结构。本发明所涉及的镓舟适用于水平结构的hvpe炉，利用此结构可大幅降低hvpe氧化镓晶体中的si原子浓度，提高氧化镓外延膜的纯度，从而有利于制备高击穿电压的sbd器件，提升器件性能。

本发明采取的技术方案是：一种降低hvpe外延膜中si含量的镓舟结构，其特征在于，所述镓舟结构为多层结构，外层为石英管，左端密封在hvpe的法兰上，起到支撑的作用；中层为两个热解氮化硼管，分别为第一热解氮化硼管和第二热解氮化硼管，防止腐蚀性气体cl2和石英管接触，内层是热解氮化硼坩埚，用于盛放液态的金属镓；第一热解氮化硼管套在石英管中；第二热解氮化硼管套在第一热解氮化硼管中；热解氮化硼坩埚放置在第二热解氮化硼管内。

本发明所产生的有益效果是：采用本发明后，可以有效的防止腐蚀性气体cl2和石英管接触，防止石英管被腐蚀，避免β-ga2o3外延膜中掺入si杂质，降低外延膜的载流子浓度，提升外延膜的纯度。

附图说明

图1为本发明的hvpe腔室结构示意图；

图2是图1中镓舟102部件的拆分图；

图3是图1中镓舟102放大的组装图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步说明。

如图2、图3所示，一种降低hvpe外延膜中si含量的镓舟102结构为多层结构，外层为石英管102a，左端密封在hvpe的法兰上，起到支撑的作用；中层为两个热解氮化硼管，分别为第一热解氮化硼管102b和第二热解氮化硼管102c，防止腐蚀性气体cl2和石英管102a接触，内层是热解氮化硼坩埚102d，用于盛放液态的金属镓；第一热解氮化硼管102b套在石英管102a中（其外径比石英管102a内径略小）；第二热解氮化硼管102c套在第一热解氮化硼管102b中（其外径比第一热解氮化硼管102b内径略小）；热解氮化硼坩埚102d放置在第二热解氮化硼管102c内。镓舟102组装后的结构示意图如图3所示。

本发明的设计及工作原理：hvpe设备炉体结构如图1所示，石英管腔体101放置在多温区电阻炉中，其两端由法兰密封，由左端充入载气氮气、源气体o2，右端尾气排出。镓舟102中的热解氮化硼坩埚102d盛放金属镓，镓舟102左端密封在法兰上，cl2流过镓舟并与镓反应生成gacl，经载气氮气携带至基座104处，在衬底103表面和o2反应氧化镓。衬底103放置在基座104上。镓舟102主要用于盛放原料金属镓，并隔离氧气，防止gacl和o2提前混合生成β-ga2o3多晶。一般，镓舟102是由石英制成的，在高温条件下，腐蚀性气体cl2会对石英造成腐蚀，导致si元素非故意掺入β-ga2o3外延膜中，造成外延膜的载流子浓度高。为了降低载流子浓度，需要防止腐蚀性气体cl2与石英件的接触，故本发明采用多层结构，可以防止腐蚀性气体对石英的腐蚀。外层是石英管结构，一端可以和法兰相连接，起到固定和支撑内层热解氮化硼件的作用。中间和内部两层是热解氮化硼管结构，主要作用是防止cl2和石英接触。里层第二热解氮化硼管内部放置热解氮化硼坩埚，坩埚内部盛放液态的金属镓。里层第二热解氮化硼的右端喷嘴正对基座104，可以确保gacl以一定的流速到达衬底表面，并和氧气混合生成氧化镓沉积在衬底表面。

本发明也可用于hvpe生长gan、aln等的内部镓/铝舟结构。

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