[發(fā)明專利]一種單一取向鋅鎵氧薄膜及其制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911268997.8
• 申請(qǐng)日: 2019-12-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111081533A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-04-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉可為;韓冬陽(yáng);申德振;陳星;張振中;李炳輝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所
• 主分類號(hào): H01L21/02
• 分類號(hào): H01L21/02
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 任美玲

本發(fā)明提供了一種單一取向ZnGa₂O₄薄膜的制備方法，包括以下步驟：以有機(jī)鋅化合物作為鋅源，有機(jī)鎵化合物作為鎵源，以高純氧氣為氧源，利用金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉積法在襯底表面沉積ZnGa₂O₄薄膜。本發(fā)明提供的單一(111)取向ZnGa₂O₄薄膜的制備方法，其利用金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉積(MOCVD)技術(shù)，以有機(jī)鋅化合物作為鋅源，有機(jī)鎵化合物作為鎵源，以高純氧氣為氧源，通過(guò)生長(zhǎng)溫度、鋅源、鎵源和氧氣流量的精確控制，實(shí)現(xiàn)了高質(zhì)量單一(111)取向尖晶石結(jié)構(gòu)ZnGa₂O₄薄膜的生長(zhǎng)，為實(shí)現(xiàn)高性能日盲紫外光探測(cè)器提供了便捷有效的手段。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種單一(111)取向ZnGa₂O₄薄膜及其制備方法。

背景技術(shù)

紫外探測(cè)技術(shù)是繼激光和紅外探測(cè)技術(shù)之后發(fā)展起來(lái)的又一新型軍民兩用探測(cè)技術(shù)，目前在導(dǎo)彈尾焰探測(cè)、空間探測(cè)、火焰探測(cè)、空間通信等諸多領(lǐng)域發(fā)揮著巨大的作用。近年來(lái)，寬禁帶半導(dǎo)體紫外探測(cè)器因其體積小、重量輕、工作時(shí)不需濾光片、無(wú)需制冷等優(yōu)點(diǎn)被認(rèn)為是可以取代真空光電倍增管和Si光電倍增管的第三代紫外探測(cè)器。

ZnGa₂O₄是ZnO和Ga₂O₃的復(fù)合氧化物，具有尖晶石結(jié)構(gòu)，屬于直接帶隙半導(dǎo)體，禁帶寬度在4.4-5.0eV之間，在原理上可以應(yīng)用于248-280nm范圍內(nèi)的紫外光電器件等領(lǐng)域。ZnGa₂O₄與ZnMgO相比，可以避免結(jié)構(gòu)分相問(wèn)題；ZnGa₂O₄與Ga₂O₃相比，可以實(shí)現(xiàn)電學(xué)特性調(diào)控，提升導(dǎo)電性。又由于ZnGa₂O₄具有很好的穩(wěn)定性及抗輻射能力，較高的電子飽和漂移速度等優(yōu)勢(shì)。因此，ZnGa₂O₄是制備日盲紫外探測(cè)器的候選材料。

如要想實(shí)現(xiàn)高性能日盲紫外光探測(cè)器，首先要實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量尖晶石結(jié)構(gòu)ZnGa₂O₄薄膜的生長(zhǎng)取向和生長(zhǎng)質(zhì)量的有效控制。目前對(duì)于ZnGa₂O₄薄膜的生長(zhǎng)，主要采用脈沖激光沉積(PLD)和射頻磁控濺射這兩種物理方法。通過(guò)這兩種方法制備的ZnGa₂O₄薄膜，具有(111)、(220)、(311)等多個(gè)取向，生長(zhǎng)取向無(wú)法有效調(diào)控，導(dǎo)致薄膜晶體質(zhì)量不高。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種單一取向ZnGa₂O₄薄膜及其制備方法，本發(fā)明提供的制備方法實(shí)現(xiàn)了高質(zhì)量單一(111)取向尖晶石結(jié)構(gòu)ZnGa₂O₄薄膜的生長(zhǎng)。

本發(fā)明提供了一種單一取向ZnGa₂O₄薄膜的制備方法，包括以下步驟：

以有機(jī)鋅化合物作為鋅源，有機(jī)鎵化合物作為鎵源，以高純氧氣為氧源，利用金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉積法在襯底表面沉積ZnGa₂O₄薄膜。

優(yōu)選的，所述有機(jī)鋅化合物為二乙基鋅和/或二甲基鋅；所述有機(jī)鎵化合物為三甲基鎵和/或三乙基鎵。

優(yōu)選的，所述有機(jī)鋅化合物以高純氮?dú)鉃檩d氣，所述載氣流速為5～20sccm；所述有機(jī)鎵化合物以高純氮?dú)鉃檩d氣，所述載氣流速為10～40sccm；所述氧氣流速為100～400sccm。

優(yōu)選的，所述襯底選自藍(lán)寶石襯底、氧化鎂或鋁酸鎂。