[发明专利]一种利用原子层沉积一步法可控制备不同氧氮含量的GaON薄膜的方法

说明书

本发明公开了一种利用原子层沉积一步法可控制备不同氧氮含量的GaON薄膜的方法。本发明利用PEALD制备技术，通过使用前驱体三甲基镓作为镓源，NH₃与O₂等离子体作为氮源和氧源。将反应气体按比例同时通入反应腔体，通过调控NH₃与O₂气体的流量比，从而在衬底上可控制备一定氧氮含量的高质量GaON薄膜。本发明方法制备的GaON薄膜可以达到厚度原子量级可控和大面积的均匀性。本发明制备的GaON薄膜，由于氧氮含量可控，带隙可调，具有良好光电性能，在传感器、光电探测、微电子器件、光电催化和能源等领域具有重要的科学价值和广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及微纳电子学及氮氧化合物半导体器件制备技术领域，更具体的说，涉及一种利用原子层沉积一步法可控制备不同氧氮含量的GaON薄膜的方法。

背景技术

氮化镓（GaN）薄膜具有宽的带隙，与SiC、金刚石同属于第三代宽禁带半导体材料。同第一代的Ge、Si以及第二代GaAs、InP化合物半导体材料相比，具有非常明显的优势。GaN由于禁带宽度大，导热率高，可在高温高压稳定工作。同时GaN材料击穿电压高，导通电阻小，电子饱和速度快，载流子迁移率高，这些优异的特性使GaN在光电子、高温大功率器件和高频微波器件应用方面有着广阔的前景。特别的，GaN是微波功率晶体管的优良材料，同时该材料也是蓝色光发光器件中的一种具有重要应用价值的半导体。目前基于GaN的研究已经比较成熟，研究开始的时间也比较早，利用不同方式（PVD、CVD）制备的薄膜研究也非常多。

与GaN相比，氧化镓(Ga₂O₃)具有更大的带隙（4.7～5.2 eV），能够在更高的温度和功率下工作。此外，Ga₂O₃具有独特的紫外透过特性(吸收截止边～260 nm); 击穿电场强度高达8 MV/cm，是Si的近27倍、SiC及GaN的2倍以上，使氧化镓能够承受比硅、SiC和GaN更大的电场而不会发生击穿。氧化镓的巴利加优值分别是SiC、GaN的10倍、4倍以上。并且可以采用熔体法生长大尺寸体单晶，因此Ga₂O₃已成为超高压功率器件和深紫外光电子器件的优选材料之一。此外，氧化镓在较短距离内处理相同的电压，对于制造更小、更高效的高功率晶体管非常有用。Ga₂O₃的宽带隙决定了其电学和光学特性。其一般可以用作Ga基半导体材料的绝缘层和半导体器件里的钝化层；Ga₂O₃是一种透明的氧化物半导体材料，通过掺杂提高其导电特性，可以将其制作成性能比拟甚至优于ITO等的透明电极材料；Ga₂O₃的高击穿电压和高温稳定性，非常适合制备高功率、高温器件，同时可以缩小器件尺寸，而不用担心薄膜被击穿。目前，Ga₂O₃薄膜的制备方法不断被报道，利用CVD、PLD、ALD等方式制备该薄膜的技术逐步完善。然而，Ga₂O₃由于禁带宽度太大，电阻大，阻扰了其在透明导电膜等方面的应用。通过掺杂提高其电学特性的效果并不是很理想。此外，Ga₂O₃材料的研究才处于起步阶段，如何发挥其优异的材料特性，使之获得大范围成熟地应用，还需要克服许多困难，需要很长的路要走。