CN109378275A - 一种基于MgO衬底的掺杂氧化镓薄膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电子材料技术领域，具体涉及一种基于MgO衬底的掺杂氧化镓薄膜及其制备方法，所述掺杂氧化镓薄膜包括MgO衬底材料和生长在衬底上的掺杂氧化镓外延层，具有高空穴迁移率。

Description

一种基于MgO衬底的掺杂氧化镓薄膜及其制备方法
技术领域
本发明属于电子材料技术领域，具体涉及一种基于MgO衬底的掺杂氧化镓薄膜及其制备方法。
背景技术
氧化镓是一种宽带隙半导体氧化物，禁带宽度为4.9eV，在深紫外发光、透明导电、日盲探测和高频电子器件等方面具有重要应用，已成为宽带隙半导体材料领域的研究热点。但是非故意掺杂的氧化镓膜呈现出高阻特性，使其在发光、探测和电子器件等领域的应用受到了极大的限制。
目前，改良导电特性的方法主要是对氧化镓膜进行掺杂并进行相应的激活处理，虽然人们对氧化镓的p型掺杂进行了研究，但是关于具有良好空穴导电特性氧化镓薄膜的制备依然是目前研究的热点和难点，氧化镓的禁带宽度较大，且受主能级的位置相对于价带顶较远，不利于受主电离向价带释放自由空穴，因此，尝试并找到合适的掺杂剂和掺杂方法，制备性能优良的空穴导电特性氧化镓膜，具有重要的意义。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种基于MgO衬底的掺杂氧化镓薄膜，所述掺杂氧化镓薄膜具有高空穴迁移率。
本发明的另一个目的是提供本发明掺杂氧化镓薄膜的制备方法。
为实现上述目的，本发明提供一种基于MgO衬底的掺杂氧化镓薄膜，包括MgO衬底材料和生长在衬底上的掺杂氧化镓外延层，所述薄膜使用锌掺杂剂和锗掺杂剂，具有良好的空穴导电特性。
在一些优选的实施方案中，本发明的基于MgO衬底的掺杂氧化镓薄膜，其中所述的锌掺杂剂为氧化锌。
在一些优选的实施方案中，本发明的基于MgO衬底的掺杂氧化镓薄膜，其中所述的锗掺杂剂为氧化锗。
在一些优选的实施方案中，本发明的基于MgO衬底的掺杂氧化镓薄膜，其中氧化镓原料、锌掺杂剂和锗掺杂剂的重量比为94：(3～4)：(1～2)；在进一步优选的实施方案中氧化镓原料、锌掺杂剂和锗掺杂剂的重量比为94：5：1。
第二方面，本发明提供的基于MgO衬底的掺杂氧化镓薄膜的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：清洗MgO衬底，并使用氮气吹干；
步骤2：按配比将纯度大于99.99％的氧化镓粉末、氧化锌粉末和氧化锗粉末混合均匀，成型，烧结，制备掺杂多晶料；
步骤3：将装有MgO衬底的石英舟置于化学气相沉积设备反应室内合适的位置，将步骤2所得掺杂多晶料置于石英舟与反应室进气口之间，并距离石英舟8-12cm处，关闭反应室门；
步骤4：打开气路，使氧气和惰性气体的混合气体持续通入反应室，设定化学气相沉积设备反应室内加热温度和加热时长，得到掺杂氧化镓薄膜。
根据本发明的制备方法，步骤1中所述清洗MgO衬底，包括将所述MgO衬底置于丙酮溶液中，超声波清洗5分钟，再置于无水乙醇溶液中，超声波清洗5分钟，再置于160℃的硫酸和磷酸的混合液中浸泡15min，硫酸和磷酸的比例为3:1，最后用去离子水漂洗浸泡后的MgO衬底，并用干燥的氮气吹干。
根据本发明的制备方法，步骤1中掺杂多晶料的制备方法为将混合均匀的氧化镓粉末、氧化锌粉末和氧化锗粉末在60～70MPa的压强下压制50～60分钟，空气中1300～1400℃下烧结700～900分钟得到。
根据本发明的制备方法，步骤4中所述惰性气体和氧气的纯度高于99％。
根据本发明的制备方法，步骤4中所述惰性气体选自氮气、氦气或氩气。
本发明制备得到的掺杂氧化镓薄膜用锌元素和锗元素掺杂氧化镓薄膜，调制氧化镓的上价带顶结构，能够降低价带的局域行为和空穴的有效质量，提高空穴迁移率。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例进一步的对技术方案进行清楚、完整地描述，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例1基于MgO衬底的锌、锗掺杂氧化镓薄膜的制备
步骤1：将MgO衬底置于丙酮溶液中，超声波清洗5分钟，取出，置于无水乙醇溶液中，超声波清洗5分钟，取出，置于160℃的硫酸和磷酸的混合液中浸泡15min，硫酸和磷酸的体积比为3:1，最后用去离子水漂洗浸泡后的MgO衬底，并用干燥的氮气吹干；
步骤2：将纯度大于99.99％的氧化镓粉末、氧化锌粉末和氧化锗粉末按质量比94:5:1的比例混合均匀后，在70MPa的压强下压制50分钟，然后置空气、1300℃条件下烧结800分钟，得到掺杂多晶料；
步骤3：将步骤1清洗干净的MgO衬底置于石英舟上，将石英舟置于化学气相沉积设备的反应室内合适位置处，将上述掺杂多晶料置于石英舟与反应室进气口之间，并距离石英舟10cm处，关闭反应室阀门，打开气路，使惰性气体和氧气的混合气体持续通入反应室，反应室内加热温度为1000℃，加热时间为1小时，得到掺杂氧化镓薄膜。
所制备得到的的锌-锗共掺杂氧化镓薄膜，开启电压为4.4eV。
实施例2基于MgO衬底的锌、锗掺杂氧化镓薄膜的制备
步骤1：将MgO衬底置于丙酮溶液中，超声波清洗5分钟，取出，置于无水乙醇溶液中，超声波清洗5分钟，取出，置于160℃的硫酸和磷酸的混合液中浸泡15min，硫酸和磷酸的体积比为3:1，最后用去离子水漂洗浸泡后的MgO衬底，并用干燥的氮气吹干；
步骤2：将纯度大于99.99％的氧化镓粉末、氧化锌粉末和氧化锗粉末按质量比94:4:2的比例混合均匀后，在70MPa的压强下压制60分钟，然后置空气、1350℃条件下烧结900分钟，得到掺杂多晶料；
步骤3：将步骤1清洗干净的MgO衬底置于石英舟上，将石英舟置于化学气相沉积设备的反应室内合适位置处，将上述掺杂多晶料置于石英舟与反应室进气口之间，并距离石英舟12cm处，关闭反应室阀门，打开气路，使惰性气体和氧气的混合气体持续通入反应室，反应室内加热温度为1000℃，加热时间为1.5小时，得到掺杂氧化镓薄膜。
所制备得到的的锌-锗共掺杂氧化镓薄膜，开启电压为4.4eV。

Claims (10)

1.一种基于MgO衬底的掺杂氧化镓薄膜，包括MgO衬底材料和生长在衬底上的掺杂氧化镓外延层，所述薄膜使用锌掺杂剂和锗掺杂剂。
2.如权利要求1所述的掺杂氧化镓薄膜，其特征在于：所述的锌掺杂剂为氧化锌。
3.如权利要求1所述的掺杂氧化镓薄膜，其特征在于：所述的锗掺杂剂为氧化锗。
4.如权利要求1所述的掺杂氧化镓薄膜，其特征在于：所述氧化镓原料、锌掺杂剂和锗掺杂剂的重量比为94：(3～4)：(1～2)。
5.如权利要求1所述的掺杂氧化镓薄膜，其特征在于：所述氧化镓原料、锌掺杂剂和锗掺杂剂的重量比为94：5：1。
6.权利要求1-5任一项所述的掺杂氧化镓薄膜的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：清洗MgO衬底，并使用氮气吹干；
步骤2：按配比将纯度大于99.99％的氧化镓粉末、氧化锌粉末和氧化锗粉末混合均匀，成型，烧结，制备掺杂多晶料；
步骤3：将装有MgO衬底的石英舟置于化学气相沉积设备反应室内合适的位置，将步骤2所得掺杂多晶料置于石英舟与反应室进气口之间，并距离石英舟8-12cm处，关闭反应室门；
步骤4：打开气路，使氧气和惰性气体的混合气体持续通入反应室，设定化学气相沉积设备反应室内加热温度和加热时长，得到掺杂氧化镓薄膜。
7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于：步骤1中所述清洗MgO衬底，包括将所述MgO衬底置于丙酮溶液中，超声波清洗5分钟，再置于无水乙醇溶液中，超声波清洗5分钟，再置于160℃的硫酸和磷酸的混合液中浸泡15min，硫酸和磷酸的比例为3:1，最后用去离子水漂洗浸泡后的MgO衬底，并用干燥的氮气吹干。
8.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于：步骤1中掺杂多晶料的制备方法为将混合均匀的氧化镓粉末、氧化锌粉末和氧化锗粉末在60～70MPa的压强下压制50～60分钟，空气中1300～1400℃下烧结700～900分钟得到。
9.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于：步骤4中所述惰性气体和氧气的纯度高于99％。
10.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于：步骤4中所述惰性气体选自氮气、氦气或氩气。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111769035A (zh) * 2020-07-06 2020-10-13 西安电子科技大学 基于Zn和N共掺杂的氧化镓薄膜制备方法
CN114212816A (zh) * 2021-12-13 2022-03-22 山东大学 一种超薄氧化镓薄膜的快速制备方法

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