藍(lán)寶石襯底上氧化鎵薄膜的生長與退火研究.pdf

1、Ga2O3作為一種新型半導(dǎo)體材料，具有α、β、ε、δ和γ五種晶體結(jié)構(gòu)，其中以單斜晶系β-Ga2O3最為常見。β-Ga2O3是一種直接寬帶隙氧化物半導(dǎo)體材料，其禁帶寬度在4.5～4.9 eV之間，并具有良好的化學(xué)和熱穩(wěn)定性，因此日益成為當(dāng)前氧化物半導(dǎo)體領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。β-Ga2O3材料在日盲探測器、深紫外透明導(dǎo)電薄膜、氣敏傳感器以及薄膜晶體管等多個(gè)領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用前景。實(shí)現(xiàn)β-Ga2O3在這些領(lǐng)域的應(yīng)用的前提是獲得高質(zhì)量的β-Ga

2、2O3薄膜。制備β-Ga2O3薄膜的方法有很多，主要包括高溫噴霧熱解法、磁控濺射法、脈沖激光沉積法、電子束蒸發(fā)法以及金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積法等，相對于其他生長方法而言，金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積法在制備高質(zhì)量半導(dǎo)體薄膜領(lǐng)域有其獨(dú)特的優(yōu)勢。
　　基于上述背景，本文采用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積方法在c面藍(lán)寶石襯底上制備了β-Ga2O3薄膜，并對其進(jìn)行了在O2和N2兩種氣氛下不同時(shí)間和溫度的退火處理，對退火前后薄膜的晶體質(zhì)量和光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了表

3、征和分析。主要研究內(nèi)容可分為以下兩個(gè)部分:
　　一、研究了未退火β-Ga2O3薄膜的晶體質(zhì)量和光學(xué)特性。XRD測試結(jié)果表明，薄膜為擇優(yōu)取向?yàn)椋?2)01）的單一相β-Ga2O3薄膜，且β-Ga2O3的（(2)01）晶面與藍(lán)寶石襯底的(0001)面平行。計(jì)算得到β-Ga2O3的晶格常數(shù)a、b、c和夾角β分別為1.185nm、0.308 nm、0.531nm和111.7°，對比參考值可知β-Ga2O3薄膜在平行于襯底的平面內(nèi)受到張應(yīng)力

4、的作用，而在垂直于襯底的方向上受到壓應(yīng)力的作用。透射譜測試結(jié)果表明β-Ga2O3薄膜在可見光波段具有90％以上的透射率，在近紫外波段具有75％以上的透射率，光學(xué)帶隙為4.93 eV。
　　二、研究了不同的退火條件對β-Ga2O3薄膜的晶體質(zhì)量和光學(xué)特性的影響。隨著退火時(shí)間的增加和退火溫度的升高，β-Ga2O3薄膜內(nèi)部的殘余應(yīng)力逐步得到釋放，薄膜中缺陷密度增加，結(jié)晶質(zhì)量下降。SEM測試表明薄膜的表面粗糙度先增大后減小，受此影響，薄膜