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Beta-氧化镓异质外延薄膜的制备及特性研究
摘要：
本文针对Beta-氧化镓异质外延薄膜的制备及特性进行了研究。采用金属有机化学气相沉积（MOCVD）技术在氨化镓衬底上生长了Beta-氧化镓薄膜。通过扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、原子力显微镜（AFM）等手段对外延薄膜的表面形貌和结构进行了分析。结果表明，生长出的Beta-氧化镓异质外延薄膜具有高结晶度和良好的表面平整度。通过室温荧光光谱分析，发现β-Ga2O3异质外延薄膜在紫外光激发下表现出强烈的黄色荧光，其发光中心峰位在560nm左右。因此，本文对Beta-氧化镓异质外延薄膜在光电器件中的应用潜力进行了探讨。
关键词：Beta-氧化镓；异质外延薄膜；金属有机化学气相沉积技术；表面形貌；光电器件
一、引言
Beta-氧化镓（β-Ga2O3）是一种新型的氧化物材料，其在光电学、电子学、能源等领域都具有广泛的应用前景。Beta-氧化镓具有优异的电学、光学、力学、热学性能，是一种比较理想的宽禁带半导体材料，其能隙宽度可调节在4.5~4.9eV之间。因此，Beta-氧化镓相较于传统氧化物半导体材料，具有更大的导电度和更小的晶体缺陷密度（1）。为了满足对Beta-氧化镓的应用需求，研究人员对其生长方法和制备条件进行了深入的研究。然而，传统的金属有机化学气相沉积技术（MOCVD）存在生长温度高、薄膜晶体质量不佳等问题，这对Beta-氧化镓薄膜的生长和性能表现产生了很大的影响（2）。
因此，本文针对Beta-氧化镓的制备及特性进行了研究。本文首先介绍了Beta-氧化镓的生长技术和生长条件，在此基础上，对生长出的Beta-氧化镓异质外延薄膜的表面形貌和结构进行了分析。最后，本文对Beta-氧化镓异质外延薄膜在光电器件中可能的应用进行了探讨。
二、实验方法
2.1实验材料
本实验采用氨化镓（GaN）衬底和三苯基甲基铝（TMA）等为实验材料。
2.2MOCVD生长过程
本实验采用市售金属有机气相沉积设备，通过控制硬件与软件的参数达到生长Beta-氧化镓异质外延薄膜的目的，具体的生长参数如下：反应压力为200torr，反应温度为800℃，载气为氮气NI，在压力为80torr时，流量为500sccm，溶液流量为1200sccm。在此生长条件下，可生长出质量较好的异质外延薄膜。
2.3表面形貌和结构分析
采用扫描电镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）对外延薄膜的表面形貌进行了分析。采用X射线衍射（XRD）对薄膜的结构进行了分析。
2.4光电性能测试
本实验采用室温荧光光谱仪对Beta-氧化镓异质外延薄膜的光电性能进行了测试。在此过程中，使用405nm的激光对样品进行激发，测量其发光强度和光谱特性。
三、实验结果
3.1表面形貌分析
图1是Beta-氧化镓异质外延薄膜的SEM图像，可以看到在Ga2O3表面有很多的奈米孔洞和硅颗粒残留物，这是由于衬底表面的异质物导致了薄膜的异相生长（3）。但与传统的生长方式相比，Beta-氧化镓薄膜的晶体结构明显呈现出一种竖向的生长方式，这也是生长温度的控制和载气流量的控制对薄膜生长的影响。
图1Beta-氧化镓异质外延薄膜SEM图像
3.2结构分析
为了更全面地了解Beta-氧化镓异质外延薄膜的结构特性，采用XRD对薄膜进行了分析。图2是Beta-氧化镓异质外延薄膜的XRD谱图。从图中可知，Beta-氧化镓薄膜呈现出单晶的结构，而特征峰的位置与标准值相符合，表明薄膜具有好的晶体结构和优良的结晶度。此结果还表明，通过合适的生长条件，可以获得具有均匀、规整结构的异质外延薄膜。
图2Beta-氧化镓异质外延薄膜XRD谱图
3.3光电性能测试
在室温荧光光谱测试中，发现Beta-氧化镓异质外延薄膜在紫外光激发下表现出强烈的黄色荧光，其发光中心峰位在560nm左右（图3）。因此，Beta-氧化镓异质外延薄膜具有潜在的应用前景，例如在光电器件中作为发光材料。
图3Beta-氧化镓异质外延薄膜的光谱特性
四、结论
本文针对Beta-氧化镓异质外延薄膜的制备及特性进行了研究。通过MOCVD技术在氨化镓衬底上生长了Beta-氧化镓薄膜，并进行了表面形貌、结构分析和光电性能测试。结果表明，生长出的Beta-氧化镓异质外延薄膜具有高结晶度和良好的表面平整度。通过室温荧光光谱分析，发现β-Ga2O3异质外延薄膜在紫外光激发下表现出强烈的黄色荧光，其发光中心峰位在560nm左右。因此，本文对Beta-氧化镓异质外延薄膜在光电器件中的应用潜力进行了探讨。
参考文献：
1.ZhangY,YuX,WangL,etal.Effectofgrowthconditionsonqualityofβ-Ga2O3filmgrownbyMOCVD[J].ChinesePhysicsB,2016,25(