《Beta-氧化鎵單晶薄膜的外延生長及性質研究》是依託山東大學，由馬瑾擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：Beta-氧化鎵單晶薄膜的外延生長及性質研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：馬瑾
- 依託單位：山東大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
採用MOCVD方法外延生長beta-氧化鎵單晶薄膜材料。襯底擬選用氧化鎂、釓鎵石榴石等和氧化鎵單晶材料。系統地研究在單晶襯底上異質外延生長氧化鎵薄膜的晶格適配問題，尋找生長氧化鎵薄膜的最佳襯底和製備工藝條件；研究在氧化鎵單晶基片上同質外延生長氧化鎵單晶薄膜的最佳晶面和工藝條件；研究薄膜的晶格結構、缺陷及其對光電和光致發光性質的影響；研究氧化鎵薄膜的摻雜性質及摻雜機理；研究氧化鎵薄膜的能帶結構和發光機制。與氮化鎵和氧化鋅相比較，氧化鎵材料具有更寬的帶隙（4.9eV）和物理化學性能穩定的特點，而且不同元素摻雜的氧化鎵材料可以發射出紅、綠、藍、紫外等不同波長的光，是一種很有前途的寬頻隙半導體光電材料。性能優良的單晶氧化鎵外延薄膜材料在透明電子器件、白光照明、紫外發光器件、紫外探測器和深紫外透明導電等領域有著極其廣闊的套用前景。對氧化鎵外延薄膜材料進行系統地研究，將為該材料的實際套用奠定基礎。
結題摘要
β-Ga2O3材料雖然在很多領域有著廣泛的套用，但由於傳統方法製備的薄膜材料的結構和性能比較差，限制了其在實際中的套用。系統地研究製備性能優良的單晶氧化鎵外延薄膜將為該材料在透明電子器件、紫外光發光器件、紫外探測器等領域的實際套用奠定基礎。採用MOCVD方法外延生長氧化鎵單晶薄膜材料，襯底選用MgO、MgAl2O4、MgAl6O10、藍寶石和β-氧化鎵單晶材料。系統地研究了在單晶襯底上異質外延生長氧化鎵薄膜的晶格適配及最佳製備工藝參數；研究了氧化鎵薄膜的晶格微結構、外延機理和外延關係、光電性質和光致發光特性及發光機制。在MgO不同晶面襯底上均製備出高質量的β-氧化鎵單晶薄膜，確定了最佳製備工藝參數、晶格結構和外延關係。提出了MgO襯底上生長β-Ga2O3薄膜的外延關係原理圖，闡明了薄膜內部疇結構。製備的樣品在可見光範圍內的平均透過率均超過了78%，薄膜的光學帶隙在4.72–4.92 eV之間。此外，對製備β-Ga2O3 薄膜的光致發光譜進行了測試，並對其發光機制進行了解釋；在MgAl6O10 (100) 襯底上生長的外延薄膜在室溫下得到300到650 nm的紫外-綠色以及在275nm處的深紫外光致發光峰，研究薄膜的結構、缺陷及其對發光性質的影響，研究了外延機理和發光機制。XRD分析表明，在650ºC沉積的膜是具有單一取向的純β相氧化鎵薄膜，取向為β-Ga2O3 (100) || MgAl6O10 (100)。提出了一個簡化的模型解釋了光致發光的機制。在藍寶石不同晶面襯底上製備出α和β相的氧化鎵薄膜，研究了薄膜的結構和退火處理的影響。分析結果表明，當其他實驗條件均相同時，在650 °C的襯底溫度下，α-Al2O3(0001)襯底上生長出結晶質量最好的β-Ga2O3薄膜； 700 °C時，在α-Al2O3 (10-10)襯底上製備出結晶質量最好的α-Ga2O3薄膜。將650 °C溫度下不同襯底上製備的樣品在900 °C下退火1h，在a面和m面上，退火使晶粒變大，c面和r面上，退火之後結晶質量變差；成功的在單晶β-氧化鎵(100)晶面上同質外延生長出β-氧化鎵膜，研究其結構和製備工藝參數；研究了錫、銦和鎂摻雜氧化鎵薄膜的微觀結構、光電性質和光致發光特性及發光機制，以及製備條件對薄膜性質的影響。
