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介绍
本章专门讨论 AIIIBV 半导体化合物的热湿氧化，主要是砷化镓和氮化镓。它分为几个主题，包含单斜晶系氧化镓1 b-Ga2O3 特性数据、氧化物制造技术和应用说明。在第一部分中，对上述半导体氧化物的性质进行了表征。然后描述了特别关注湿热氧化的制造方法。之后，给出了氧化镓结构在电子学中的应用。它还侧重于专用于气体传感器应用的半导体结构，而与包含 SnO2 等的那些相比，氧化镓层显着改善了检测器的最关键参数。
AIIIBV 和 AIIIN 半导体化合物是众所周知的光电子器件材料。它们还经常用于构建高温和微波设备或化学气体传感器。在这些应用中，介电层是必需的。有可能使用他们自己的氧化物——Ga2O3 提供了制造许多不同器件的机会——MOS 结构（金属氧化物半导体）。它可以是 MOS 电容器、功率金属氧化物半导体场效应晶体管 (MOSFET)、高迁移率 GaAs MOSFET 或栅极关断晶闸管。
Ga2O3 的性质
氧化镓-Ga2O3 是一种宽带隙材料，可确保深紫外透明度。适当掺杂可以达到导电性能，因此包含在 TCO（透明导电氧化物）材料中，例如 ITO 或 ZnO，它们是光电子学中最先进 的材料。
电导率
四价锡离子 Sn4+ 最常被选择作为施主掺杂剂，因为它的离子半径接近 Ga3+ 的离子半径，同时 Sn4+ 离子更喜欢六重配位。这会导致 Ga3+ 八面体位点的取代并导致形成浅供体。此外，层中氧空位的形成提供了如 b-Ga2O3 晶体所报道的浅能级的出现。因此，人们非常重视沉积工艺条件的优化。在例如PLD（脉冲激光沉积）技术中，环境气氛和衬底温度的改变对层的特性有显着影响。为了保证氧空位的形成和 Sn4+ 的掺杂，采用了低氧分压和将衬底温度升高到 880 °C 的方法。它可以增加晶格中氧的化学势，从而将氧空位和锡离子溶液引入晶格。
氧化镓的介电常数很少被研究。中报告的值约为 10.2。 测量了通过 PEALD（等离子体增强原子层沉积）沉积在 p-Si (100) 和蓝宝石 (0001) 衬底上的薄层的介电常数。在此过程中，基板温度保持在 200 C。沉积层是非晶的，漏电流大。
氧化镓层的制造
有几种制造用于半导体器件应用的氧化镓的方法。在 CW Wilmsen之后，可以说主要的方法是：(a) 化学氧化，(b) 热氧化，(c) 阳极氧化，(d) 等离子体氧化，以及 (e) 其他方法。干式或湿式热氧化也适用。几年来，Ga2O3 的块状晶体也可用。
化学氧化
GaAs 的典型化学氧化剂是 HNO3、H2O2 和 H2O。化学氧化方法被用作表面 GaAs 衬底清洁的一部分，而不是用于制造器件的氧化镓层。
电化学（阳极）氧化
半导体的氧化电化学阳极过程类似于典型的电解质氧化层制造过程。如果在半导体材料中出现空穴 - p 型导电，则阳极工艺会更有效。对于 n 型，必须产生空穴以促进氧化。更简单的方法是用适当的光照射——光子能量在 1.4 eV 到 5 eV 的范围内）。光子能量的水平取决于半导体的能带隙。
等离子氧化
通过 GaAs 的等离子体氧化，使用含氧的气态等离子体。氧气的来源是 O2、N2O 或 CO2，它由射频线圈激发。直流偏置氧化以类似于湿式阳极氧化工艺的方式发生。在未经热处理的氧化层中，发现几乎等比例的 Ga2O3 和 As2O3。攻击基材的离子会溅射表面，从而导致生长速率降低，并由于砷组分的优先溅射而导致表面化学计量的改变 。
干热氧化
GaAs 和 GaN 的干热氧化工艺是在氧气或氮气和氧气的混合物环境中进行的。GaAs 的干氧化很少进行。由于砷及其低热稳定性的问题，工艺非常复杂。GaAs 表面上典型的顶部氧化层由混合物组成：Ga2O3 + GaAsO4 + As2O3 并且很粗糙。在氧化物-砷化镓界面附近出现 Ga2O3 和元素 As。这些层是无定形的。通过更高的氧化温度（高于 500 °C），氧化物是多晶的，而且也相当粗糙。
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