藍寶石襯底上氧化鎵薄膜的生長與退火研究.pdf

1、Ga2O3作為一種新型半導體材料，具有α、β、ε、δ和γ五種晶體結構，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體材料，其禁帶寬度在4.5～4.9 eV之間，并具有良好的化學和熱穩(wěn)定性，因此日益成為當前氧化物半導體領域的研究熱點之一。β-Ga2O3材料在日盲探測器、深紫外透明導電薄膜、氣敏傳感器以及薄膜晶體管等多個領域都有著廣泛的應用前景。實現(xiàn)β-Ga2O3在這些領域的應用的前提是獲得高質量的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)法以及金屬有機物化學氣相沉積法等，相對于其他生長方法而言，金屬有機物化學氣相沉積法在制備高質量半導體薄膜領域有其獨特的優(yōu)勢。
　　基于上述背景，本文采用金屬有機物化學氣相沉積方法在c面藍寶石襯底上制備了β-Ga2O3薄膜，并對其進行了在O2和N2兩種氣氛下不同時間和溫度的退火處理，對退火前后薄膜的晶體質量和光學性質進行了表

3、征和分析。主要研究內容可分為以下兩個部分:
　　一、研究了未退火β-Ga2O3薄膜的晶體質量和光學特性。XRD測試結果表明，薄膜為擇優(yōu)取向為（(2)01）的單一相β-Ga2O3薄膜，且β-Ga2O3的（(2)01）晶面與藍寶石襯底的(0001)面平行。計算得到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受到張應力

4、的作用，而在垂直于襯底的方向上受到壓應力的作用。透射譜測試結果表明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薄膜的晶體質量和光學特性的影響。隨著退火時間的增加和退火溫度的升高，β-Ga2O3薄膜內部的殘余應力逐步得到釋放，薄膜中缺陷密度增加，結晶質量下降。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