氧化鎵籽晶層的制備及其對外延生長氧化鎵薄膜的影響.pdf

1、氧化鎵是一種新型寬帶隙的半導(dǎo)體材料，以單斜晶系的β相最為穩(wěn)定。氧化鎵的禁帶寬度在4.2eV～4.9eV之間，具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，非故意摻雜的氧化鎵材料呈現(xiàn)出高阻或者弱n型導(dǎo)電特性，摻入適量的硅或者錫原子則可顯示出明顯的n型導(dǎo)電特性（電阻率可小于10-3歐姆厘米）。其在深紫外透明導(dǎo)電[、紫外探測、電致發(fā)光、氣敏傳感和電子器件等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。特別是其在日盲探測器和高溫氧氣傳感器方面給的應(yīng)用優(yōu)勢，使得高質(zhì)量氧化鎵材料的制

2、備成為目前半導(dǎo)體材料研究領(lǐng)域里的新熱點(diǎn)。
　　本文首先采用磁控濺射方法于室溫下在c面藍(lán)寶石(Al2O3)襯底上制備一層氧化鎵籽晶層，并對部分帶有籽晶層的襯底進(jìn)行退火處理;其次利用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積(MOCVD)方法在有和無籽晶層的c面Al2O3襯底上外延生長氧化鎵薄膜。主要工作如下:
　　1.采用低壓MOCVD方法直接在c面Al2O3襯底上制備Ga2O3薄膜。利用XRD和紫外-可見-紅外雙光束分光光度計(jì)研究了樣品的結(jié)晶和

3、光學(xué)特性。發(fā)現(xiàn)直接在c面Al2O3襯底上生長的Ga2O3薄膜呈無定型狀態(tài)，其可見光透射率較低，光學(xué)帶隙明顯小于其禁帶寬度。上述結(jié)果表明，利用低壓MOCVD方法較難直接在c面Al2O3襯底上外延生長出高質(zhì)量的Ga2O3薄膜。
　　2.為了解決上述問題，我們利用射頻磁控濺射技術(shù)在c面Al2O3襯底上預(yù)先沉積一薄層Ga2O3作為后續(xù)生長的籽晶層，而后再利用低壓MOCVD方法，在該種襯底上外延生長Ga2O3薄膜。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，相對于直接在

4、Al2O3襯底上生長的Ga2O3薄膜，在具有籽晶層的襯底上生長的Ga2O3薄膜的晶體質(zhì)量和光學(xué)特性都有所提高，但是效果并不理想。
　　3.基于上述研究結(jié)果，我們對Ga2O3籽晶層進(jìn)行高溫退火，發(fā)現(xiàn)處理后的Ga2O3籽晶層具有擇優(yōu)取向性。XRD測試結(jié)果表明，利用MOCVD方法在該籽晶層上外延生長的Ga2O3薄膜也具有擇優(yōu)取向性，其在可見光波段的透射率顯著增大，光學(xué)帶隙與禁帶寬度接近，Ga2O3薄膜的光學(xué)質(zhì)量獲得顯著提高。上述結(jié)果表明