[发明专利]一种制备化学计量比非晶GaAs薄膜材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体材料技术领域，属于半导体光电子新型材料的磁控溅射制备领域。

背景技术

单晶GaAs的禁带宽度为1.4eV，并且吸收系数很高，可作为高效率的太阳能电池。为降 低成本，提出采用非晶态GaAs(a-GaAs)用于太阳能电池。大面积的a-GaAs已经由简单和廉 价的溅射方法制备出来，并且开展了非晶GaAs薄膜变温溅射实验。1984年，Alimoussa等报道， 在玻璃上沉积a-GaAs，衬底最高温度为350℃，自偏压为800V，Ar压强为6.7Pa，靶基距为3 0mm。在衬底温度为290℃时获得符合化学计量比的a-GaAs。1995年，Reuter等采用磁控溅射 制备非晶GaAs薄膜时，衬底温度为200℃，获得非晶结构薄膜。同年，Jean-Luc Seguin等指出 利用磁控溅射技术制备a-GaAs薄膜，衬底温度最高可达到600℃，只要此时自偏压足够的低。

由于非晶GaAs薄膜中存在组分偏析所引入大量的结构缺陷，阻碍了非晶GaAs材料应用于 光电子器件。我们的发明围绕减少非晶GaAs薄膜的缺陷，开展化学计量比非晶GaAs薄膜的制 备，这将推动非晶GaAs在光电子器件上的应用。

发明内容

(一)要解决的技术问题

我们发明的目的在于提供一种化学计量比非晶GaAs薄膜的溅射制备方法，在保证非晶 GaAs薄膜的完全无序结构前提下，防止组分偏析，提高非晶GaAs薄膜的光电性能和表面形貌。

(二)技术方案

为了达到上述目标，本发明的技术方案包括中温溅射制备和制备后热退火工艺，具体包 括：

A、在衬底温度为280℃-350℃时，采用磁控溅射制备技术在石英衬底上制备化学计量比 非晶GaAs薄膜；

B、在磁控溅射系统的真空室内，200℃条件下恒温退火。

所述步骤A之前进一步包括：

采用纯度为99.99％以上的单晶GaAs靶。先将靶基距固定在50mm，再将石英衬底用丙 酮、乙醇超声清洗10min，用去离子水(DI)清洗两次，放在分析纯乙醇中，用氮气吹干， 装到样品托盘上固定，最后将样品托盘快速放入真空室。

所述步骤A包括：

将衬底加温至280℃-350℃，当背底真空度小于10^-4Pa时，调节质量流量计，充入氩气， 氩气充入前要经过气体纯化器去除杂质。通过改变闸板阀的开启大小来控制抽出气体的速率 实现溅射压强为0.25-0.5Pa，准备溅射。

为了除去靶材表面的污染，要预溅射靶材数分钟。当溅射功率稳定在100W后，将衬底 移出挡板，溅射正式开始，溅射1个小时，厚度为1μm左右。

所述步骤B包括：

关闭射频源，衬底移上挡板，将衬底温度降至200℃，在背底真空度小于10^-4Pa时开始计 时，退火3个小时。

(三)有益效果

从根据上述技术方案，本发明具有以下有益效果：

1、利用本发明，制备了完全非晶结构的GaAs薄膜，薄膜的无序化程度很高，非晶GaAs 薄膜透射电子衍射谱(TEM)证明薄膜的完全非晶结构，图1是非晶GaAs薄膜的TEM；

2、本发明，制备出了符合化学剂量比的非晶GaAs薄膜，将本发明应用，对所制备样品 进行组分分析，看到非晶GaAs薄膜组分符合化学剂量比，Ga和As摩尔百分比在0.995-1.005之 间。

3、利用本发明，制备非晶GaAs薄膜的表面均匀、光滑，图2是非晶GaAs薄膜的扫描电 镜谱(SEM)。

4、本发明所制备非晶GaAs薄膜光学带隙在1.26-1.4eV之间，光学吸收系数在吸收边约为 9×10⁴cm^-1，略高于晶体(～10⁴cm^-1)，光敏为3左右。