论文研究-Zn源流量对MOCVD方法生长氧化镓薄膜特性的影响 .pdf

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Zn源流量对MOCVD方法生长氧化镓薄膜特性的影响,徐梦想,夏晓川,本文利用金属有机物化学气相沉积方法,以三乙基镓为镓源,二乙基锌作为掺杂锌源,高纯氧气作为氧源,高纯氩气作为载气,在锌源流��
山国武技记文在 掺杂薄膜仍为高阻特性,无法用测试仪进行相关电学特性测试,于是我们利 用热蒸发方法分别在样品 衣面以丝作为掩膜,在其左右两侧制备钛()/铝 ()电极,中问未有金属覆盖的ε宽度为15μm(接近丝直径,长度相同)。制备好 电极后,将样品放在管式退火炉中在氛围C下热退火,利用 型 半导体特性测试仪对样品的特性进行测试。 结果与讨论 源流量对ε 薄膜晶体质量影响 Sample A c-Ga2O0004) 10000-Ga002 A,O(0006) Sample B Sample c -GaO(0006 10000 Al palle Al pallet AO20003) 1000 100 80 20(degree) 图不同源流量下薄膜的图 图所示为不同源流量下制备的样品、和的测试结果,其中位于 和 的衍射峰来自衬底 和()晶面的衍射,位于 °的衍射峰是来自承载样品的铝托,经过与标准卡片对比,位于 的衍射峰分别对应于 的()、()和()晶面的衍射。细观 察样品 的图谱,发现与相关的衍射峰的形态咯有差别,特别是在角 度区域,峰型差别更为明显。于是我们将和之间的由线单独作图,如图所示。从 图中可以观察到样品的主衍射峰位于 ,样品和的主衍射峰位置位于 其都来源于ε的()晶面的衍射,相比之下和样品衍射峰位置跟接近理论计 算值。同时还可以看出,样品在°附近还存在微弱的衍射峰,其对应于 603晶面的衍射,而样品和在该角度没有明显的衍射峰。上述测试结 果表明,对在较低源流量下制备的样品中存在和β两种相,而随着生 长过程中源流量的增加, 薄膜表现为单一的ε相,样品和的晶体质量显著提 山国武技记文在 高。由于本实验所用的射线源来自于铜靶,靴Ka1和K2波长分别为 ,因此和样品的曲线上位于°的衍射峰来源于ε 面对Kα2波长射线的衍射。此外,由于Kαl与Kα2的波长非常接近,使得只有晶体质量 较髙的样品才能观测到相关峰劈裂的现象。若以此为依据,相对于样品米说,样品的 晶体质量相对更髙一塏。上述测试结果表眀ε薄膜结品质量随着源流量的增 加而逐渐提高。 参考T 和 等人关于薄膑4长的研宄,我们认 为在掺杂8 薄膜时,半径较小的替代半径较人的 与氧原子结合形成替 位杂质。根据 定律,得知原子的引入可以适当增加£ 薄膜在轴方向的晶 格常数,有效地降低ε和蓝宝石之间的晶格失配,从而使得ε薄膜的结晶质量 获得明显的提高 10— Sample A Sample B GaO2(0006) Sample c 0.8 C∠ 0.4 阝Ga2O3(603) 0.2 0.0 58.0 58.5 590 60.0 60.5 61.0 20(degree) 图小区间范围氧化镓薄膜的图谱 源流量对s 薄膜光学特性的影响 图为样品、和的透射谱。所有样品在可见光区域( )的平均透射率 均高于。综合考虑可见光区平均透射率和紫外光区透射率曲线下降的陡峭程度,我们 认为在相对较大的源流量下制备的样品具有更扃的光学质量。为了进步获得样品的 光学带隙,我们又进行了吸收曲线测试,结果如图所示 由于 属于直接带隙半导体材料,其光学吸收系数与光学禁带宽度满足以下关 (ahu)=c(hu 式()中hu为入射光子的能量,为常数,为溥膜的禁带宽度,a为光吸收系数,其 山国武技记文在 可以根据卜式进行计算: 根据h)hu的关系图,可以拟合出 薄膜的光学禁帮宽度。 1004 Sample a Sample B ① 60 Sample c 40 20 0 500 600 700 800 Wavelength (nm) 图3不同源流量下制备的薄膜的透射谱 图为样品、和样品的αhu)hυ的关系曲线,将其线性部分延长并与横轴相交, 交点处的横坐标即为该样品的光学禁带宽度。由此获得样品 和的光学带隙分别为 如图中插图所示, 薄膜的光学禁带宽度随着源流量的 增加而略有减小。结合测试结果,我们认为产生这一现象的主要原因如下。样品中 存在ε和β两种相,并以c相为主。从曲线形态上看, 薄膜的晶体 质量不高,其中很可能嵌入低维结构的小颗粒。由于量子尺寸效应的影响,低维 小颗粒的光学禁带宽度将大」体材料,进而导致样品的光学带隙较大。而样品的晶体 质量在三个样品中最优,其光学带隙相对较小6 山国武技记文在 200 - Sample a Sample B - Sample c 150 100 4.94 Sample a Sample b Sample C 50 0 6 图不同源流量下制备的氧化镓薄膜的αhυhU关系曲线;插图是样品的光学带隙 h hu 源流量对E 薄膜电学特性的影响 8 Sample a Sample B Sample C 6 ① 2 20 40 60 Voltage (V) 图不同源流量下制备的氧化镓薄膜的曲线 山国武技记文在 图为样品 的特性曲线,从图中可以看出随着掺杂锌源流量的增加,在 相同电压下,电流降低。产生这·现象的主要原因是:方面是由于原了并未起到明显 的施主或者受主作用,另一方面是氧化镓薄膜晶体质量随着锌溟流量的增加而提髙,使得具 有导电特性的相关固有施主缺陷密度降低所致。 结论 木文以三乙基镓和高纯氧气为反应源,二乙基锌为掺杂源,利用 方法在面 蓝宝石衬底外延生长掺的ε薄膜,并详细研究了不同掺杂源流量对ε薄 膜的结晶质量、光学特性、电学特性的影响。测试结果衣明,随着掺杂源流量的增加, 薄膜的结晶质量、光学特性显著提髙,而薄膜的导电性呈现下降趋势。 致谢(可选) 本工作由国家自然科学基金( 中央高校基木科研业务费专项 宁省自然科学基金 ),江西省自然科学基金( ),集成 光电子学国家重点联合实验室开放课题( )的支 持 参考文献 n the properties of Ga203: Mg films prepared on a [21 Mi w, Ma J, Luan C, et al. Characterization of B properties of Ga203 epitaxial films grown on p theβ pure c doped fβ 陆大成,段树坤金属有机化合物气相外延基础及应用北京科学出版社 a X, et al. Effect of growth pressure on the characteristics of B 4Oshima T, Nakazono t, Mukai A, et al. Epitaxial growth of 葛启涵,邓宏,陈航,徐自强不同掺浓度的 溥膜性能岍究电子科技大学学报

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Zn源流量对MOCVD方法生长氧化镓薄膜特性的影响,徐梦想,夏晓川,本文利用金属有机物化学气相沉积方法,以三乙基镓为镓源,二乙基锌作为掺杂锌源,高纯氧气作为氧源,高纯氩气作为载气,在锌源流��

2019-08-19
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2020-05-25
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