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Ga2O3薄膜的电子束蒸发制备与掺杂及其性质研究

博士学位论文

薄膜的电子束蒸发制备与掺杂及其性质

研究学

号:

大连理工大学

/大连理工大学学位论文独创性声明

作者郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下进行研究

工作所取得的成果。尽我所知,除文中已经注明引用内容和致谢的地方外,

本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果,也不包含其他已申请

学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献

均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。

若有不实之处,本人愿意承担相关法律责任。

学位论文题目:

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作者签名:

程.缢日期:纽』三年?月二辽弭大连理工大学博士学位论文

摘要

是一种直接、宽带隙半导体材料,带隙宽度在...之间。具

有很好的光学和电学特性,在近紫外、可见光和近红外区域透过率很高。室

温单晶

由于氧缺陷、镓缺陷的存在呈现型导电特性。其他元素,如、掺入可以

提高的导电特性。、和元素掺入可以改变材料的光学特性。因

为薄膜在紫外区具有较高的光电导特性,材料被认为是一种新颖的、有

发展前景的深紫外日盲探测器材料。目前许多薄膜沉积和生长技术被用来制

备

薄膜材料,如金属有机物化学气相沉积,、分子束外延,、脉冲激光沉积

,、溅射等,而热蒸发技术是传统、成熟、沉积速率快、易于工业生产的

一种常用的制备薄膜技术,目前关于电子束蒸发技术制备薄膜材料鲜少有报

道。

多晶半导体材料由于结构特殊,相对于单晶材料比较容易制备,而且具有很

多优越的性

质,现在已经成为半导体材料研究的热点问题之一。本文主要利用电子束蒸

发技术分别

在蓝宝石和硅衬底上制备了薄膜和掺杂的薄膜。具体研究内容如

下:

采用电子束蒸发技术,在蓝宝石衬底上制备了高透过率的.薄膜。然后将

薄膜在℃温度下、氧气和氮气氛围中进行退火处理,比较退火氛围对

薄膜晶体结构、表面形貌和光学特性影响。实验结果发现,氧气氛围退火更

有

利于提高?薄膜晶体质量。在氧气中退火后,.薄膜光致发光谱探测到了

紫外波段发光和,

近红外波段发光。.多晶薄膜光学禁带宽度.和.

与单晶的体材料.有很大区别,根据薄膜的射线衍射谱.

,、

表面形貌和透射电镜选区电子衍射谱证实薄膜是多晶结构,.薄膜中包裹着

不同

尺寸的晶粒,在量子尺寸效应的作用下,的光学带隙增大。红外光谱探测到了

特征吸收峰位于。波数?伸缩振动吸收峰,

。波数的与.材料相关

的吸收峰,以及波数的?伸缩振动吸收峰。此外发现新的吸收峰,位于

波数位置,推测是与.材料相关的伸缩振动吸收峰。

基于蓝宝石衬底的半导体二极管,由于衬底的热

导性、电导性差,而限制了高功率的器件制备。采用衬底剥离技术,实现衬底

转

移可以提高器件功率,同时提高蓝宝石衬底应用,降低器件制作成本。.与蓝

宝

石衬底和材料都有较小的晶格失配,是非常好材料器件牺牲层材料。因

为采用技术外延生长一般需要

℃左右的生长成核温度,.材薄膜的电子束蒸发制备与掺杂及其性质研究

料在℃温度结构稳定性是需要研究的重点内容,它直接影响着基器件

质量。因而论文首次研究℃氧气的氛围中,结构和光学性质随着退火时间的

变化关系。实验结果说明退火后薄膜是多晶结构。退火后样品的晶体质量相

对

于未退火样品都提高了,衍射峰强度增加同时半高宽减小,退火时间、和

分钟的时候,衍射峰强度变化不大,但是当时间到分钟的时候,衍射峰强度明

显减

弱,说明薄膜晶体质量开始变坏。同样的现象在表面形貌和发光谱中都观测

到了,因而

实验说明在.分钟内,薄膜性质稳定,时间到达分钟后薄膜性质变差。

原创性地采用电子束蒸发物理方法在蓝宝石衬底上制备了掺杂薄膜,

研究了元素掺杂对.薄膜的结构特性和光学特性的影响,光致发光光谱测试

结果发现元素掺杂使薄膜的黄绿发光峰位置红