在蓝宝石衬底上生长低粗糙度超宽禁带氧化镓薄膜的方法

技术领域

本发明涉及半导体材料领域，尤其涉及在蓝宝石衬底上生长低粗糙度超宽禁带氧化镓薄膜的方法。

背景技术

在过去的半个多世纪，半导体产业蓬勃发展，纵观其发展历程，不难发现半导体研究和发展的历史，实质上是半导体材料带隙不断拓宽的历史。从Ge、Si到III-V族半导体(GaAs,InGaAs,InP等)，再到SiC和GaN等宽禁带半导体。这是因为禁带宽度决定了半导体材料大部分的光学特性和电学性能，这使得不同禁带宽度的材料可以发挥自身优势应用于不同领域。

近十年来，氧化镓(Ga

现有技术中通过分子束外延生长得到的氧化镓薄膜，其禁带宽度一般在4.8～5.0eV之间，而禁带宽度的大小决定了巴利加优值的大小，巴利加优值越大，高压开关低频下的损耗越小；同时，通过现有技术生长得到的氧化镓薄膜表面粗糙度较大，降低了器件的导热效率。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的上述问题，提供在蓝宝石衬底上生长低粗糙度超宽禁带氧化镓薄膜的方法，对蓝宝石衬底进行氧等离子体退火后直接生长氧化镓薄膜，使其具有较高的禁带宽度与较低的表面粗糙度。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

1.在蓝宝石衬底上生长低粗糙度超宽禁带氧化镓薄膜的方法，包括以下步骤：

1)清洗蓝宝石衬底并用氮气吹干，然后转入分子束外延系统生长腔内，进行氧等离子体退火；所述氧等离子体退火的条件为：操作台温度为800～850℃，氧压为4.8×10

2)在步骤1)完成后，进行镓原子沉积，生长氧化镓薄膜，即完成蓝宝石衬底生长氧化镓薄膜；所述沉积的条件为：操作台温度为650～800℃，氧压为3.7×10

步骤1)中，所述蓝宝石衬底可采用蓝宝石(0001)衬底。

步骤1)中，所述清洗可依次通过丙酮、酒精和去离子水超声清洗。

步骤1)中，退火的时间为0.7～1.2h。

步骤1)中，射频功率为240～265W。

步骤2)中，镓源的温度为800℃～850℃。

步骤2)中，射频功率为225～260W。

步骤2)中，沉积的气氛为氧气气氛。

步骤2)中，沉积的时间为1.5～3h。

本发明利用分子束外延的方法进行氧化镓薄膜的生长，在蓝宝石(0001)面上生长氧化镓薄膜的过程中，最关键的是对操作台温度的参数选择。

相对于现有技术，本发明技术方案取得的有益效果是：

本发明采用分子束外延设备在蓝宝石衬底上生长低粗糙度宽禁带氧化镓薄膜，可以应用于日盲区紫外光电探测器的制备，有很大的应用前景，此方法工艺简单，可重复性好，具有一定的经济价值。

本发明利用分子束外延设备，先对蓝宝石衬底进行氧等离子体退火，再在处理后的蓝宝石衬底上直接生长氧化镓薄膜，简化了工艺流程，制备了低粗糙度超宽禁带氧化镓薄膜。

具体地，氧等离子体会与衬底表面的有机物发生作用，生成挥发性分子，增强表面的黏附性能，使得制备的薄膜表面粗糙度更低。而同时，随着衬底温度的增加，镓原子的平均自由程增加，趋向于生成亚稳态的α-Ga

附图说明

图1为实施例1与对比例1所制得的氧化镓薄膜的X射线衍射(XRD)图。

图2为对比例1所制得的氧化镓薄膜的原子力显微镜(AFM)图。

图3为实施例1所制得的氧化镓薄膜的原子力显微镜(AFM)图。

图4为实施例1所制得的氧化镓薄膜的X射线光电子能谱(XPS)图。

图5为实施例1与对比例1所制得的氧化镓薄膜的(αhν)

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本发明做进一步详细说明。

实施例1

本实施例制备氧化镓薄膜的方法包括以下步骤：

1、选择蓝宝石(0001)衬底生长氧化镓薄膜，衬底选合肥科晶规格为10mm×10mm×0.5mm的蓝宝石衬底。首先将蓝宝石衬底依次通过丙酮、酒精和去离子水进行超声清洗，单次时长5分钟，然后用氮气吹干并转入分子束外延系统生长腔内。

2、在800℃操作台温度下进行1h氧等离子体高温退火，氧等离子体的射频功率为250W，氧压为5×10

3、在氧压为4×10

对比例1

本对比例制备氧化镓薄膜的方法，与实施例1的区别仅在于，步骤3中的操作台温度为400℃。制备得到的氧化镓薄膜标记为Ga

图1为X-Ray衍射仪对样品的表征图谱，表明了Ga

图2为原子力显微镜对氧化镓薄膜的表面形貌进行的表征。分析可知，Ga

图3为原子力显微镜对氧化镓薄膜的表面形貌进行的表征。分析可知，Ga

图4为X-Ray光电子能谱仪对样品成分进行的表征，表明了样品由Ga元素和O元素组成，C元素的来源为外界环境的C污染。

图5为样品的(αhν)