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β相三氧化二镓(β-Ga2O3)为超宽带隙透明氧化物半导体材料,在高温高压电子器件、太阳盲区紫外探测器和透明薄膜晶体管等领域中都有着非常广泛的应用潜力,因此,Ga2O3材料成为当前的研究热点之一。采用磁控溅射、电子蒸发等传统工艺制备的β-Ga2O3薄膜材料结晶质量较差,多为非晶和多晶,不能满足高品质的半导体光电子器件的要求。目前β-Ga2O3单晶片的价格非常昂贵,且β-Ga203材料的热导率比较差,因此有必要开展β-Ga2O3薄膜的异质外延的研究工作。本论文采用金属有机化学气相沉积方法(MOCVD)在碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)和扎镓石榴石(GGG)衬底上制备了β-Ga2O3薄膜,进而对其进行不同温度的空气中退火,并且研究了退火温度对薄膜晶格结构和光学等性质的影响。实验中采用高纯Ga(CH3)3作为Ga有机源,高纯O2作为氧化剂,超高纯N2作为载气,有机源摩尔流量为8.2×10-6mol/min,衬底温度为660 ℃。在空气中分别进行800 ℃、900 ℃和1000 ℃退火处理,退火时间为1h。在SiC(0001)、GaN(0001)和GGG(110)单晶衬底上成功制备出β-Ga203外延单晶薄膜,主要研究工作和结果如下:1、SiC(0001)衬底上β-Ga2O3薄膜的制备与性质研究:结构分析表明未退火和800 ℃退火条件下获得的Ga2O3薄膜为非晶结构,900 ℃退火后薄膜样品的结晶质量最好,薄膜为沿[100]单一取向生长的β-Ga203。β-Ga203薄膜与SiC的面外生长关系为β-Ga203(100)||SiC(0001)。退火温度达到1000 ℃时,获得的薄膜为多晶结构,结晶质量明显变差。2、GaN(0001)衬底上β-Ga203薄膜的制备与性质研究:XRD分析表明未退火和800 ℃退火条件下获得的Ga2O3薄膜为非晶结构,900 ℃退火后薄膜样品的结晶质量最好,薄膜为沿[100]单一取向生长的β-Ga203。退火处理温度升至1000 ℃时,获得的薄膜为多晶结构,结晶质量明显变差。对于900 ℃退火后薄膜样品,β-Ga203薄膜与GaN的面外外延关系为β-Ga2O3(100)||GaN(0001),面内外延关系为β-Ga203<010>||GaN<1210>和β-Ga2O3<001>||GaN<1010>。Φ扫描分析还表明所制备的β-Ga203(100)薄膜存在三重畴结构,这是由于GaN(0001)衬底相对于[100]方向具有三重对称性的缘故。3、GGG(110)衬底上β-Ga2O3薄膜的制备与性质研究:结构分析表明未退火获得的Ga2O3薄膜为非晶结构,1000 ℃退火获得的薄膜转变为多晶结构。800 ℃与900 退火后的薄膜为沿[100]单一取向生长的β-Ga203,900 ℃退火后薄膜样品的结晶质量最好。β-Ga2O3薄膜与GGG衬底的外延关系为β-Ga203(100)||GGG(110)、β-Ga203<010>||GGG[00 1]和β-Ga2O3<001>||GGG[110]。在未退火、800 ℃、900 ℃和 1000 ℃退火条件下获得的Ga2O3薄膜的光学带隙(Eg)分别为4.83、4.76、4.60和4.74 eV。室温下,800 ℃和900 ℃退火后的薄膜均出现波长范围位于330 nm-520 nm的光致发光带,对900 ℃退火的样品进行高斯拟合分析,可以得出分别位于348.7 nm、392.6 nm、403.9 nm、429.1 nm、452.6 nm和484.1 nm附近的六个发光峰,我们将其归因于薄膜导带、价带以及薄膜内部缺陷形成的施主和受主能级间的电子跃迁发光。