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1、氮化鎵(GaN)作為第三代直帶隙寬禁帶半導(dǎo)體材料,具有熱導(dǎo)率高、飽和電子速率高、介電系數(shù)小、耐高溫、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、機(jī)械性能好等特點(diǎn)。在光電子器件和微電子器件領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景,如何制備出高質(zhì)量的GaN材料,已成為當(dāng)前廣大科研工作者的研究焦點(diǎn)。本文利用磁控濺射沉積系統(tǒng)首先預(yù)濺射氧化鋅(ZnO)薄膜作為緩沖層,再通過濺射高質(zhì)量氧化鎵(Ga2O3)薄膜后氨化制備高質(zhì)量GaN多晶薄膜,具有制造成本低、工藝簡(jiǎn)單、重復(fù)性好、應(yīng)用廣泛等顯著優(yōu)點(diǎn),
2、具有較高的理論研究?jī)r(jià)值和較強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用意義。
本論文分為兩個(gè)部分,第一部分為射頻濺射生長(zhǎng)ZnO擇優(yōu)取向薄膜,并對(duì)其進(jìn)行各種氣氛下的退火處理,從而得到高質(zhì)量的ZnO薄膜,用作后續(xù)GaN薄膜的生長(zhǎng)緩沖層。第二部分介紹通過氨化 ZnO/ Ga2O3薄膜的方法制備 GaN薄膜,利用XRD、PL、SEM和AFM等系列檢測(cè)手段對(duì)制備出的GaN薄膜的結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行多方面表征,并初步探索了ZnO緩沖層對(duì)GaN薄膜生長(zhǎng)的系列影響規(guī)律。主要研究成
3、果如下:
?。?)高質(zhì)量ZnO薄膜退火過程的系列研究:通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)退火處理可以顯著提高ZnO薄膜的結(jié)晶質(zhì)量,在退火溫度為800℃、氮?dú)鈿夥障碌玫降腪nO薄膜質(zhì)量最佳,具有高度的C軸擇優(yōu)取向,明顯的紫外本征發(fā)光峰。
?。?)高質(zhì)量Ga2O3薄膜制備過程的系列研究:當(dāng)濺射功率為120W時(shí)制備的Ga2O3薄膜(111)晶面衍射峰強(qiáng)度最強(qiáng),半峰寬最小,表明此時(shí)制備的Ga2O3薄膜結(jié)晶質(zhì)量最好。我們還發(fā)現(xiàn)ZnO緩沖層對(duì)Ga2O3薄
4、膜生長(zhǎng)具有重要影響,使其結(jié)晶質(zhì)量發(fā)生顯著改善,可以看到明顯的柱狀晶粒生長(zhǎng)模式。
?。?)氨化ZnO/ Ga2O3薄膜法制備高質(zhì)量GaN薄膜的系列研究:在不同厚度的系列ZnO薄膜緩沖層上利用氨化方法制備GaN薄膜,發(fā)現(xiàn)當(dāng)濺射生長(zhǎng)ZnO薄膜時(shí)間為1.5h,ZnO薄膜緩沖層厚度為300μm時(shí),其上制備的GaN薄膜質(zhì)量最為優(yōu)良。我們分析原因ZnO緩沖層作用一方面緩解了藍(lán)寶石襯底和GaN薄膜之間的熱失配和晶格失配;此外促使濺射生長(zhǎng)的Ga2
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