[发明专利]一种ZnMgGaO四元合金薄膜的制备方法及ZnMgGaO四元合金薄膜

说明书

本发明提供的ZnMgGaO四元合金薄膜的制备方法，将衬底放入生长腔内，以有机锌化合物作为锌源，有机镁化合物作为镁源，有机镓化合物作为镓源，以高纯氧气为氧源，于高温条件下生长ZnMgGaO四元合金薄膜，通过生长温度、锌源、镁源、镓源和氧气流量的精确控制，实现了高质量ZnMgGaO四元合金薄膜的生长，为制备相应的高性能紫外光电器件打下了良好的材料基础。

技术领域

本发明涉及半导体材料生产技术领域，特别涉及一种ZnMgGaO四元合金薄膜的制备方法及ZnMgGaO四元合金薄膜。

背景技术

作为一种重要的深紫外光电材料，MgZnO三元合金材料具有带隙可调范围宽，抗辐射能力强，原材料丰富以及外延生长温度低等一系列优点。但是，由于MgZnO材料存在严重的分相问题以及吸收边对应日盲紫外波段的材料具有超高的电阻率，导致难以实现电学性质的调控，这两大问题严重制约着MgZnO材料及相应器件的进一步发展和应用。而ZnMgGaO四元合金薄膜材料理论上同样具有较宽的带隙可调范围(3.37eV-7.8eV)，在原理上可以应用于368-160nm范围内的紫外光电器件等领域。且由于Zn²⁺离子、Mg²⁺离子以及Ga²⁺三者离子半径相近，MgZnO材料中Ga原子的引入不会引起很大的晶格畸变，因此原理上ZnMgGaO四元合金薄膜可以获得较高的结晶质量。另外，在MgZnO中引入Ga元素，可能会实现材料电学性质的可控性。综上，ZnMgGaO四元合金薄膜相较MgZnO薄膜材料，将具有更高的结晶质量以及更好的电学特性，同时将基本保留MgZnO材料热稳定性和化学稳定性高等优点，因此，ZnMgGaO四元合金薄膜材料适用于制作固体紫外光电器件。

如要想实现高性能紫外光电器件，首先要实现高质量ZnMgGaO四元合金薄膜的生长。理论上，制备ZnMgGaO四元合金薄膜的手段主要有PLD(脉冲激光沉积)技术、磁控溅射、MBE(分子束外延)、MOCVD(金属有机物化学气相沉积)等方法。合适的衬底对于材料的结晶质量具有重要影响。目前来说，与MgGa₂O₄晶格失配较小的MgO，由于价格昂贵，不利于ZnMgGaO四元合金薄膜及其相应器件的应用。蓝宝石衬底与ZnMgGaO的晶格失配虽较MgO衬底稍大，但是也在可接受范围内，而且蓝宝石衬底的价格要低得多，因此，在蓝宝石衬底上制备高质量ZnMgGaO薄膜，对于ZnMgGaO材料及其相应器件的发展和应用将产生一定的积极影响。

发明内容

有鉴如此，有必要针对现有技术存在的缺陷，提供一种MgZnO薄膜结晶质量高且材料电学性质易调控的ZnMgGaO四元合金薄膜的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种ZnMgGaO四元合金薄膜的制备方法，包括下述步骤：

将衬底放入生长腔内，以有机锌化合物作为锌源，有机镁化合物作为镁源，有机镓化合物作为镓源，以高纯氧气为氧源，于高温条件下生长ZnMgGaO四元合金薄膜。

在一些较佳的实施例中，所述衬底为蓝宝石衬底。

在一些较佳的实施例中，所述有机锌化合物为二乙基锌和/或二甲基锌，有机镁化合物为对甲基二茂镁，所述有机镓化合物为三甲基镓和/或三乙基镓。

在一些较佳的实施例中，所述有机锌化合物以高纯氮气为载气，所述载气流速为5-20sccm；所述有机镁化合物以高纯氮气为载气，所述载气流速为10-40sccm；所述有机镓化合物以高纯氮气为载气，所述载气流速为10-40sccm；所述氧气流速为80-120sccm。

在一些较佳的实施例中，所述高温条件为500-800℃。

在一些较佳的实施例中，所述生长的时间为1h-3h；所述生长的真空度为2x10²-1x10⁴Pa。