一種氧化鎵薄膜的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種氧化鎵薄膜的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氧化鎵是金屬鎵的氧化物，帶隙很寬達(dá)到4.8?5.0eV，屬于單斜晶體，是一種重要的寬帶隙透明導(dǎo)電氧化物材料，在光電子器件方面有廣闊的應(yīng)用前景。
[0003]目前，氧化鎵在半導(dǎo)體光電技術(shù)領(lǐng)域，如液晶顯示器、太陽(yáng)能電池、白光照明、功率電子器件、紫外傳感器、日盲探測(cè)器等尖端先進(jìn)領(lǐng)域都已顯露出重要的應(yīng)用價(jià)值。它還可以用作02化學(xué)探測(cè)器。
[0004]目前，氧化鎵體單晶襯底還沒(méi)有大工業(yè)生產(chǎn)，價(jià)高難得。氧化鎵器件還需要通過(guò)各種薄膜生長(zhǎng)技術(shù)來(lái)制備。制備氧化鎵薄膜的方法很多，幾乎所有常用的薄膜生長(zhǎng)技術(shù)都嘗試過(guò)氧化鎵的制備。所采用的生長(zhǎng)方法主要有:脈沖激光沉積法PLD、溶膠-凝膠法、化學(xué)氣相沉積法CVD、金屬有機(jī)物化學(xué)氣相淀積MOCVD和磁控濺射法等。
[0005]但上述方法有的存在設(shè)備昂貴，原料昂貴，需要高真空條件等問(wèn)題，有的存在制備出的是非晶或多晶氧化鎵薄膜，得不到外延薄膜的問(wèn)題，有的需要特殊的緩沖層或插入層材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006](一)要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種氧化鎵的薄膜制備方法，采用工業(yè)原料鎵和碘作為原材料，選用商品化的藍(lán)寶石和硅作為襯底，在常壓條件下制備氧化鎵薄膜。
[0008](二)技術(shù)方案
[0009]根據(jù)本發(fā)明提出的氧化鎵薄膜的制備方法，包括如下步驟:步驟I，將鎵源放入反應(yīng)舟內(nèi)，反應(yīng)舟放入石英反應(yīng)管內(nèi)；步驟2，將清洗、吹干后的襯底放在襯底托上，放入石英反應(yīng)管內(nèi)；步驟3，打開鎵源氣路，讓惰性氣體通過(guò)反應(yīng)舟進(jìn)入石英反應(yīng)管，反應(yīng)舟的出口正對(duì)襯底表面;步驟4，打開氧源氣路，讓惰性氣體攜帶氧源進(jìn)入石英反應(yīng)管;步驟5，加熱石英反應(yīng)管，加熱石英反應(yīng)管內(nèi)的反應(yīng)舟和襯底。石英管的工作溫度不得高于1100°C，襯底的工作溫度也不得高于1100°C;步驟6，調(diào)節(jié)反應(yīng)舟和襯底的工作溫度，設(shè)定生長(zhǎng)時(shí)間，在襯底上沉積氧化鎵薄膜，完成制備。
[0010]優(yōu)選地，所述的鎵源為金屬鎵顆粒和單質(zhì)碘。
[0011]優(yōu)選地，所述金屬鎵顆粒是通過(guò)冷卻法制備的，將金屬鎵放入塑料容器中，加熱金屬鎵熔化，從容器的口擠出鎵滴到純凈水制備的冰水混合液中，冷卻得到金屬鎵顆粒，于干燥低于熔點(diǎn)溫度保存待用。
[0012]優(yōu)選地，所述金屬鎵顆粒的大小為0.5mm-1 Cm。
[0013]優(yōu)選地，所述的襯底為藍(lán)寶石或硅襯底。
[0014]優(yōu)選地，所述的氧源為一種含氧氣體或多種含氧氣體的混合氣體。
[0015]優(yōu)選地，所述的惰性氣體為氮?dú)?、氬氣、氦氣、氖氣，或其混合惰性氣體。
[0016]優(yōu)選地，所述的鎵源氣路和氧源氣路各自獨(dú)立，在反應(yīng)舟的出口氧源氣路和鎵源氣路開始相遇混合。
[0017]優(yōu)選地，反應(yīng)舟的出口距離襯底表面0.5cm_5cm。
[0018]優(yōu)選地，襯底的工作溫度在600 0C?1000 0C。
[0019]優(yōu)選地，襯底的工作溫度在7000C?9000C。
[0020](三)有益效果
[0021]本發(fā)明的有意效果在于:I)采用易得的工業(yè)原料金屬鎵和單質(zhì)碘作為原料，選用商品化的藍(lán)寶石襯底或硅襯底，在常壓條件下通過(guò)氣相沉積反應(yīng)制備出氧化鎵薄膜;2)通過(guò)冷卻法制備金屬鎵顆粒，使得鎵和碘混合更加均勻，增加了反應(yīng)面積，提高了反應(yīng)效率；
3)通過(guò)優(yōu)化生長(zhǎng)條件，可以制備出氧化鎵單晶薄膜;4)所用的設(shè)備要求簡(jiǎn)單，不需要昂貴的真空設(shè)備，不需要昂貴的原料，不需要稀有的襯底材料或插入層材料，不需要額外的特殊能源，具有大工業(yè)生產(chǎn)的潛力。
【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1是在藍(lán)寶石襯底上制備的氧化鎵薄膜的XRD衍射圖；
[0023]圖2是在硅襯底上制備的氧化鎵薄膜的XRD衍射圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0025]本發(fā)明提出了一種氧化鎵薄膜的制備方法，包括如下步驟:
[0026]步驟I，將鎵源放入反應(yīng)舟內(nèi)，反應(yīng)舟放入石英反應(yīng)管內(nèi)。鎵源為金屬鎵顆粒和單質(zhì)碘。金屬鎵顆粒是通過(guò)冷卻法制備的，將金屬鎵放入塑料容器中，加熱金屬鎵熔化，從容器的口擠出鎵滴到純凈水制備的冰水混合液中，冷卻得到金屬鎵顆粒，于干燥低于熔點(diǎn)溫度保存待用，金屬鎵顆粒的大小由容器出口的大小決定。金屬鎵顆粒的大小為0.5mm-1 cm。
[0027]步驟2，將清洗、吹干后的襯底放在襯底托上，放入石英反應(yīng)管內(nèi)。襯底為藍(lán)寶石或硅襯底。
[0028]步驟3，打開鎵源氣路，讓惰性氣體通過(guò)反應(yīng)舟進(jìn)入石英反應(yīng)管，反應(yīng)舟的出口正對(duì)襯底表面。
[0029]步驟4，打開氧源氣路，讓惰性氣體攜帶氧源進(jìn)入石英反應(yīng)管。氧源為一種含氧氣體或多種含氧氣體的混合氣體，可以是氧氣、水蒸氣、一氧化二氮、一氧化氮或二氧化氮，或其混合氣體。惰性氣體為氮?dú)?、氬氣、氦氣、氖氣，或其混合惰性氣體。鎵源氣路和氧源氣路各自獨(dú)立，在反應(yīng)舟的出口氧源氣路和鎵源氣路開始相遇混合。
[0030]步驟5，加熱石英反應(yīng)管;加熱石英反應(yīng)管內(nèi)的反應(yīng)舟和襯底。石英管的工作溫度不得高于1100°C，襯底的工作溫度也不得高于1100°C。反應(yīng)舟的出口距離襯底表面0.5cm-5cm0
[0031 ]步驟6，調(diào)節(jié)反應(yīng)舟和襯底的工作溫度，設(shè)定生長(zhǎng)時(shí)間，在襯底上沉積氧化鎵薄膜，完成制備。襯底的工作溫度在600°C?1000°C，優(yōu)選地，襯底的工作溫度在700°C?900°C。
[0032]圖1是在藍(lán)寶石襯底上制備的氧化鎵薄膜的XRD衍射圖；圖2是在硅襯底上制備的氧化鎵薄膜的XRD衍射圖。粉末X射線衍射(XRD)用來(lái)檢測(cè)制備的氧化鎵薄膜的晶向和結(jié)晶質(zhì)量。
[0033]下面是根據(jù)實(shí)驗(yàn)給出的幾種氧化鎵薄膜制備方法的具體示例。
[0034]示例I
[0035]將大小為0.的鎵