濺射氧化鋅薄膜為高質(zhì)量氮化鎵薄膜生長緩沖層的研究.pdf

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價(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ZnO擇優(yōu)取向薄膜，并對其進(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等系列檢測手段對制備出的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GaN薄膜生長的系列影響規(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。
　　（2）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Ga2O3薄

4、膜生長具有重要影響，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；此外促使濺射生長的Ga2