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CN113053730B - 多孔氧化镓外延层及其制备方法 - Google Patents

多孔氧化镓外延层及其制备方法 Download PDF

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Abstract

提供了一种多孔氧化镓外延层的制备方法，其包括：对制备形成的多孔氮化镓外延层进行低温溶液预氧化处理第一预定时间；将经低温溶液预氧化处理后的所述多孔氮化镓外延层加热至预定温度；保持所述预定温度，并在高氧气体氛围以及预定压力下对加热后的所述多孔氮化镓外延层氧化处理第二预定时间，以得到多孔氧化镓外延层。还提供了一种由该制备方法制备形成的多孔氧化镓外延层。本发明以低温溶液体系、高压氧体系来使多孔氮化镓经高温氧化而转化为多孔氮化镓，能够有效地制备多孔氧化镓，并且氧化工艺对设备要求低、操作方便、流程简易且绿色环保，能够最大程度的简化氧化过程。

Description

多孔氧化镓外延层及其制备方法
技术领域
本发明属于半导体技术领域，具体地讲，涉及一种多孔氧化镓外延层及其制备方法。
背景技术
氧化镓是一种宽带隙半导体，其带隙为4.8eV，大于碳化硅和氮化镓。由于材料的带隙与其承受高电压和高功率的能力有关，这意味着与使用其他宽带隙半导体设计的器件相比，使用氧化镓制成的器件具有承受更苛刻条件的能力。在存在的氧化镓不同相中，β相氧化镓最稳定。它具有高熔点、化学稳定性和高机械硬度的特性，从而可以使用多种方法制造，其中一些制造方法会非常节省成本。
传统刻蚀方法的研究对于具有微米或纳米结构的氧化镓器件的制备和制造很重要。然而，传统的刻蚀方法(例如湿法刻蚀、干法刻蚀等)都有一些局限性，要么无法以所需的规模生产纳米功能的器件，要么会降低器件的质量，最重要的一点是，由于氧化镓突出的稳定性，导致其难以使用传统的刻蚀方法得到良好的形貌。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的技术问题，本发明提供了一种能够得到良好形貌的氧化镓外延层的多孔氧化镓外延层及其制备方法。
根据本发明的实施例的一方面提供的多孔氧化镓外延层的制备方法，其包括：对制备形成的多孔氮化镓外延层进行低温溶液预氧化处理第一预定时间；将经低温溶液预氧化处理后的所述多孔氮化镓外延层加热至预定温度；保持所述预定温度，并在高氧气体氛围以及预定压力下对加热后的所述多孔氮化镓外延层氧化处理第二预定时间，以得到多孔氧化镓外延层。
在上述一方面提供的制备方法的一个示例中，所述预定温度为1400℃～1600℃。
在上述一方面提供的制备方法的一个示例中，所述第二预定时间为9小时～11小时。
在上述一方面提供的制备方法的一个示例中，所述预定压力小于或者等于15Mpa。
在上述一方面提供的制备方法的一个示例中，在所述高氧气体中，纯氧的含量至少为90％，剩余含量的气体为惰性气体。
在上述一方面提供的制备方法的一个示例中，所述惰性气体为氩气。
在上述一方面提供的制备方法的一个示例中，所述对制备形成的多孔氮化镓外延层进行低温溶液预氧化处理，包括：将制备形成的多孔氮化镓外延层浸泡于王水中所述第一预定时间，以对多孔氮化镓外延层进行所述低温溶液预氧化处理。
在上述一方面提供的制备方法的一个示例中，所述第一预定时间大于或者等于48小时。
在上述一方面提供的制备方法的一个示例中，在所述将经低温溶液预氧化处理后的多孔氮化镓外延层加热至预定温度之前，所述制备方法还包括：对经低温溶液预氧化处理后的多孔氮化镓外延层进行丙酮超声清洗；对经丙酮超声清洗后的多孔氮化镓外延层进行乙醇超声清洗；对经乙醇超声清洗后的多孔氮化镓外延层进行去离子水超声清洗。
根据本发明的实施例的一方面提供的多孔氧化镓外延层，其由上述制备方法制备而成。
有益效果：本发明以低温溶液体系、高压氧体系来使多孔氮化镓经高温氧化而转化为多孔氮化镓，能够有效地制备多孔氧化镓，并且氧化工艺对设备要求低、操作方便、流程简易且绿色环保，能够最大程度的简化氧化过程。
附图说明
通过结合附图进行的以下描述，本发明的实施例的上述和其它方面、特点和优点将变得更加清楚，附图中：
图1是根据本发明的实施例的多孔氧化镓外延层的制备方法的流程图；
图2是根据本发明的实施例的制备得到的多孔氧化镓外延层的俯视扫描电镜图。
具体实施方式
以下，将参照附图来详细描述本发明的具体实施例。然而，可以以许多不同的形式来实施本发明，并且本发明不应该被解释为限制于这里阐述的具体实施例。相反，提供这些实施例是为了解释本发明的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够理解本发明的各种实施例和适合于特定预期应用的各种修改。
如本文中使用的，术语“包括”及其变型表示开放的术语，含义是“包括但不限于”。术语“基于”、“根据”等表示“至少部分地基于”、“至少部分地根据”。术语“一个实施例”和“一实施例”表示“至少一个实施例”。术语“另一个实施例”表示“至少一个其他实施例”。术语“第一”、“第二”等可以指代不同的或相同的对象。下面可以包括其他的定义，无论是明确的还是隐含的。除非上下文中明确地指明，否则一个术语的定义在整个说明书中是一致的。
图1是根据本发明的实施例的多孔氧化镓外延层的制备方法的流程图。
参照图1，在步骤S110中，对制备形成的多孔氮化镓外延层进行低温溶液预氧化处理第一预定时间。
在一个示例中，所述低温可以是室温，例如25℃。
在一个示例中，所述低温溶液预氧化处理可以指的是：将制备形成的多孔氮化镓外延层浸泡于王水溶液中第一预定时间。其中，所述王水溶液是浓盐酸(HCl)和浓硝酸(HNO3)按体积比为3:1组成的混合物溶液。
在一个示例中，所述第一预定时间大于或者等于48小时。
在步骤S120中，将经低温溶液预氧化处理后的所述多孔氮化镓外延层加热至预定温度。
在一个示例中，所述预定温度为1400℃～1600℃。
在步骤S130中，保持所述预定温度，并在高氧气体氛围以及预定压力下对加热后的所述多孔氮化镓外延层氧化处理第二预定时间，以得到多孔氧化镓外延层。
在一个示例中，所述第二预定时间为9小时～11小时。
在一个示例中，所述预定压力小于或者等于15Mpa。
在一个示例中，在所述高氧气体中，纯氧的含量至少为90％，剩余含量的气体为惰性气体。在一个示例中，所述惰性气体为氩气。
此外，在其他实施例中，在进行完步骤S110之后，其在进行步骤S120之前，多孔氧化镓外延层的制备方法还可以包括：
首先，对经低温溶液预氧化处理后的多孔氮化镓外延层进行丙酮超声清洗。在一个示例中，丙酮超声清洗的清洗时间可以是5分钟。
其次，对经丙酮超声清洗后的多孔氮化镓外延层进行乙醇超声清洗。在一个示例中，乙醇超声清洗的清洗时间可以是5分钟。
最后，对经乙醇超声清洗后的多孔氮化镓外延层进行去离子水超声清洗。在一个示例中，去离子水超声清洗的清洗时间可以是15分钟。
此外，在其他实施例中，在进行步骤S110之前，多孔氧化镓外延层的制备方法还可以包括：将多孔氮化镓外延层浸泡在王水中，并且超声处理3分钟～7分钟。
以下，将以具体的示例对上述多孔氧化镓外延层的制备过程进行进一步地阐述。
在这个示例中，多孔氧化镓外延层的制备过程包括步骤：
(1)、将经湿法刻蚀得到的1.1cm×0.3cm的多孔氮化镓外延层浸泡在王水中，并超声处理5分钟。
(2)、将步骤(1)得到的多孔氮化镓外延层浸泡在王水中48小时。
(3)、将步骤(2)得到的多孔氮化镓外延层放入到丙酮溶液中，并超声清洗5分钟。
(4)、将步骤(3)得到的多孔氮化镓外延层放入到乙醇溶液中，并超声清洗5分钟。
(5)、将步骤(4)得到的多孔氮化镓外延层放入到去离子水中，并超声清洗15分钟。
(6)、将步骤(5)得到的多孔氮化镓外延层进行预处理，即在15分钟内将多孔氮化镓外延层的温度均匀升高至1500℃。
(7)、将步骤(6)得到的多孔氮化镓外延层放入高温氧化炉中进行氧化以得到多孔氧化镓外延层；其中，温度(即所述预定温度)保持在1500℃，氧化时间(即所述第二预定时间)为10小时，压力(即所述预定压力)为15Mpa。其中，高温氧化炉中保持高氧气体氛围，而该高氧气体为90％的氧气和10％的氩气的混合气体。
(8)、将步骤(7)得到的多孔氧化镓外延层取出，自然降至室温，例如25℃。
由上述步骤(1)至步骤(8)得到的多孔氧化镓外延层俯视扫描电镜图如图2所示，其明确示出了多孔氧化镓外延层上的孔结构。
根据本发明的实施例还提供了一种由上述的制备方法制备形成的多孔氧化镓外延层。
综上所述，在根据本发明的实施例的多孔氧化镓外延层及其制备方法中，以低温溶液体系、高压氧体系来使多孔氮化镓经高温氧化而转化为多孔氮化镓，能够有效地制备多孔氧化镓，并且氧化工艺对设备要求低、操作方便、流程简易且绿色环保，能够最大程度的简化氧化过程。
上述对本发明的特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。
在整个本说明书中使用的术语“示例性”、“示例”等意味着“用作示例、实例或例示”，并不意味着比其它实施例“优选”或“具有优势”。出于提供对所描述技术的理解的目的，具体实施方式包括具体细节。然而，可以在没有这些具体细节的情况下实施这些技术。在一些实例中，为了避免对所描述的实施例的概念造成难以理解，公知的结构和装置以框图形式示出。
以上结合附图详细描述了本发明的实施例的可选实施方式，但是，本发明的实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的实施例的技术构思范围内，可以对本发明的实施例的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的实施例的保护范围。
本说明书内容的上述描述被提供来使得本领域任何普通技术人员能够实现或者使用本说明书内容。对于本领域普通技术人员来说，对本说明书内容进行的各种修改是显而易见的，并且，也可以在不脱离本说明书内容的保护范围的情况下，将本文所定义的一般性原理应用于其它变型。因此，本说明书内容并不限于本文所描述的示例和设计，而是与符合本文公开的原理和新颖性特征的最广范围相一致。

Claims (6)

1.一种多孔氧化镓外延层的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
对制备形成的多孔氮化镓外延层进行低温溶液预氧化处理第一预定时间；
将经低温溶液预氧化处理后的所述多孔氮化镓外延层加热至预定温度；
保持所述预定温度，并在高氧气体氛围以及预定压力下对加热后的所述多孔氮化镓外延层氧化处理第二预定时间，以得到多孔氧化镓外延层；
其中，所述预定温度为1400℃～1600℃，所述第二预定时间为9小时～11小时，所述预定压力为15Mpa，所述第一预定时间为48小时。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述高氧气体中，纯氧的含量至少为90％，剩余含量的气体为惰性气体。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述惰性气体为氩气。
4.根据权利要求1至3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述对制备形成的多孔氮化镓外延层进行低温溶液预氧化处理，包括：
将制备形成的多孔氮化镓外延层浸泡于王水中所述第一预定时间，以对多孔氮化镓外延层进行所述低温溶液预氧化处理。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述将经低温溶液预氧化处理后的多孔氮化镓外延层加热至预定温度之前，所述制备方法还包括：
对经低温溶液预氧化处理后的多孔氮化镓外延层进行丙酮超声清洗；
对经丙酮超声清洗后的多孔氮化镓外延层进行乙醇超声清洗；
对经乙醇超声清洗后的多孔氮化镓外延层进行去离子水超声清洗。
6.一种由权利要求1至5任一项所述的制备方法制备形成的多孔氧化镓外延层。
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