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介紹
? ? ? 本章專門討論 AIIIBV 半導(dǎo)體化合物的熱濕氧化，主要是砷化鎵和氮化鎵。它分為幾個主題，包含單斜晶系氧化鎵1 b-Ga2O3 特性數(shù)據(jù)、氧化物制造技術(shù)和應(yīng)用說明。在第一部分中，對上述半導(dǎo)體氧化物的性質(zhì)進(jìn)行了表征。然后描述了特別關(guān)注濕熱氧化的制造方法。之后，給出了氧化鎵結(jié)構(gòu)在電子學(xué)中的應(yīng)用。它還側(cè)重于專用于氣體傳感器應(yīng)用的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，而與包含 SnO2 等的那些相比，氧化鎵層顯著改善了檢測器的最關(guān)鍵參數(shù)。
AIIIBV 和 AIIIN 半導(dǎo)體化合物是眾所周知的光電子器件材料。它們還經(jīng)常用于構(gòu)建高溫和微波設(shè)備或化學(xué)氣體傳感器。在這些應(yīng)用中，介電層是必需的。有可能使用他們自己的氧化物——Ga2O3 提供了制造許多不同器件的機(jī)會——MOS 結(jié)構(gòu)（金屬氧化物半導(dǎo)體）。它可以是 MOS 電容器、功率金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管 (MOSFET)、高遷移率 GaAs MOSFET 或柵極關(guān)斷晶閘管。
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Ga2O3 的性質(zhì)
? ? ? 氧化鎵-Ga2O3 是一種寬帶隙材料，可確保深紫外透明度。適當(dāng)摻雜可以達(dá)到導(dǎo)電性能，因此包含在 TCO（透明導(dǎo)電氧化物）材料中，例如 ITO 或 ZnO，它們是光電子學(xué)中最先進(jìn)?的材料。
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電導(dǎo)率
? ? ? 四價錫離子 Sn4+ 最常被選擇作為施主摻雜劑，因?yàn)樗碾x子半徑接近 Ga3+ 的離子半徑，同時 Sn4+ 離子更喜歡六重配位。這會導(dǎo)致 Ga3+ 八面體位點(diǎn)的取代并導(dǎo)致形成淺供體。此外，層中氧空位的形成提供了如 b-Ga2O3 晶體所報道的淺能級的出現(xiàn)。因此，人們非常重視沉積工藝條件的優(yōu)化。在例如PLD（脈沖激光沉積）技術(shù)中，環(huán)境氣氛和襯底溫度的改變對層的特性有顯著影響。為了保證氧空位的形成和 Sn4+ 的摻雜，采用了低氧分壓和將襯底溫度升高到 880 °C 的方法。它可以增加晶格中氧的化學(xué)勢，從而將氧空位和錫離子溶液引入晶格。
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? ? ? 氧化鎵的介電常數(shù)很少被研究。中報告的值約為 10.2。 測量了通過 PEALD（等離子體增強(qiáng)原子層沉積）沉積在 p-Si (100) 和藍(lán)寶石 (0001) 襯底上的薄層的介電常數(shù)。在此過程中，基板溫度保持在 200 C。沉積層是非晶的，漏電流大。
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氧化鎵層的制造
? ? ? 有幾種制造用于半導(dǎo)體器件應(yīng)用的氧化鎵的方法。在 CW Wilmsen之后，可以說主要的方法是：(a) 化學(xué)氧化，(b) 熱氧化，(c) 陽極氧化，(d) 等離子體氧化，以及 (e) 其他方法。干式或濕式熱氧化也適用。幾年來，Ga2O3 的塊狀晶體也可用。
化學(xué)氧化
? ? ? GaAs 的典型化學(xué)氧化劑是 HNO3、H2O2 和 H2O?；瘜W(xué)氧化方法被用作表面 GaAs 襯底清潔的一部分，而不是用于制造器件的氧化鎵層。
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電化學(xué)（陽極）氧化
? ? ? 半導(dǎo)體的氧化電化學(xué)陽極過程類似于典型的電解質(zhì)氧化層制造過程。如果在半導(dǎo)體材料中出現(xiàn)空穴 - p 型導(dǎo)電，則陽極工藝會更有效。對于 n 型，必須產(chǎn)生空穴以促進(jìn)氧化。更簡單的方法是用適當(dāng)?shù)墓庹丈洹庾幽芰吭?1.4 eV 到 5 eV 的范圍內(nèi)）。光子能量的水平取決于半導(dǎo)體的能帶隙。
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等離子氧化
? ? ? 通過 GaAs 的等離子體氧化，使用含氧的氣態(tài)等離子體。氧氣的來源是 O2、N2O 或 CO2，它由射頻線圈激發(fā)。直流偏置氧化以類似于濕式陽極氧化工藝的方式發(fā)生。在未經(jīng)熱處理的氧化層中，發(fā)現(xiàn)幾乎等比例的 Ga2O3 和 As2O3。攻擊基材的離子會濺射表面，從而導(dǎo)致生長速率降低，并由于砷組分的優(yōu)先濺射而導(dǎo)致表面化學(xué)計(jì)量的改變 。
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干熱氧化
? ? ? GaAs 和 GaN 的干熱氧化工藝是在氧氣或氮?dú)夂脱鯕獾幕旌衔锃h(huán)境中進(jìn)行的。GaAs 的干氧化很少進(jìn)行。由于砷及其低熱穩(wěn)定性的問題，工藝非常復(fù)雜。GaAs 表面上典型的頂部氧化層由混合物組成：Ga2O3 + GaAsO4 + As2O3 并且很粗糙。在氧化物-砷化鎵界面附近出現(xiàn) Ga2O3 和元素 As。這些層是無定形的。通過更高的氧化溫度（高于 500 °C），氧化物是多晶的，而且也相當(dāng)粗糙。
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