[發明專利]一種Ga2

在審

• 申請號: 202010599592.9
• 申請日: 2020-06-28
• 公開（公告）號: CN111710593A
• 公開（公告）日: 2020-09-25
• 發明（設計）人: 劉可為;孫璇;申德振;陳星;張振中;李炳輝
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02;H01L31/032;C23C16/40
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 李偉

本發明提供了一種Ga₂O₃：Zn薄膜的制備方法，包括以下步驟：將清洗后的襯底置于MOCVD生長腔內，在所述MOCVD生長腔內通入保護性氣氛，再將所述襯底加熱；以有機鋅化合物作為鋅源，以有機鎵化合物作為鎵源，以高純氧氣作為氧源，在加熱后的襯底表面生長薄膜；將生長后的薄膜進行熱處理，得到Ga₂O₃：Zn薄膜。本申請還提供了一種Ga₂O₃：Zn薄膜。本發明利用金屬有機物化學氣相沉積(MOCVD)技術，通過生長溫度、鎵源、鋅源和氧氣流量的精確控制，通過對材料進行熱力學退火，對氧空位的分散性、位置，以及結晶質量進行修飾和改善，實現了高性能Ga₂O₃:Zn薄膜的生長。

技術領域

本發明涉及半導體材料生長技術領域，尤其涉及一種Ga₂O₃：Zn薄膜及其制備方法。

背景技術

β-Ga₂O₃作為一種新型的單斜晶系的直接帶隙寬禁帶半導體，其室溫下的禁帶寬度為4.9eV左右，因其禁帶寬度大，穩定性高，生產成本低等優勢，主要應用于光電探測器、氣敏傳感器、信息存儲器和晶體場效應管，近年來引起極大的研究興趣。但是由于β-Ga₂O₃禁帶較寬，且其中的氧缺陷不能產生導電載流子，致使其導電性能很差，其電阻率為10⁹～10¹³Ω·cm，介電常數在10.2～14.2之間，β-Ga₂O₃較低的導電率限制了其在某些領域的應用，實踐表明，極微量的雜質能夠對半導體材料的物理性質和化學性質產生決定性的影響，因此通過摻雜技術來改進β-Ga₂O₃薄膜在光學和電學的性能吸引了大量科研者的目光。由于Zn和Ga原子的離子大小相似(Zn²⁺：0.074nm，Ga³⁺：0.062nm)，Ga₂O₃:Zn中Zn原子的混入不會引入很大的晶格畸變，所以Zn原子是取代Ga原子的良好候選者，理論上Ga₂O₃:Zn薄膜可以獲得較高的質量。

目前制備Ga₂O₃:Zn薄膜主要有MOCVD(金屬有機化學氣相沉積)、PLD(脈沖激光沉積)技術、磁控濺射以及MBE(分子束外延)等方法。目前研究人員通常采用脈沖激光沉積和射頻磁控濺射制備Ga₂O₃:Zn薄膜；但是這兩種方法制備的Ga₂O₃:Zn薄膜晶體質量不高，缺陷態較多，導致薄膜制備的器件性能較差。目前，利用MOCVD方法制備出結晶質量更好的Ga₂O₃:Zn薄膜沒有相關報道。

發明內容

本發明解決的技術問題在于提供一種生長質量較好的Ga₂O₃:Zn薄膜的制備方法。

有鑒于此，本申請提供了一種Ga₂O₃：Zn薄膜的制備方法，包括以下步驟：

將清洗后的襯底置于MOCVD生長腔內，在所述MOCVD生長腔內通入保護性氣氛，再將所述襯底加熱；

以有機鋅化合物作為鋅源，以有機鎵化合物作為鎵源，以高純氧氣作為氧源，在加熱后的襯底表面生長薄膜；

將生長后的薄膜進行熱處理，得到Ga₂O₃：Zn薄膜。

優選的，所述保護性氣氛為氮氣，所述MOCVD生長腔的真空度為2x10²～1x10⁴Pa。