本发明专利技术涉及一种可调制带隙宽度的镓铟氧化物薄膜及其制备方法。该镓铟氧化物薄膜具有通式Ｇａ↓［２（１－Ｘ）］Ｉｎ↓［２Ｘ］Ｏ↓［３］，式中ｘ＝０．１－０．９；随着铟含量ｘ从０．９减少到０．１，该薄膜材料的带隙宽度从３．７２增大到４．５８ｅＶ。采用有机金属化学气相淀积工艺，以三甲基镓［Ｇａ（ＣＨ↓［３］）↓［３］］和三甲基铟［Ｉｎ（ＣＨ↓［３］）↓［３］］为有机金属源，用氮气作为载气，用氧气作为氧化气体，用有机金属化学气相淀积设备在真空条件下在衬底上５００～８００℃生长镓铟氧化物薄膜。本发明专利技术的镓铟氧化物薄膜材料，由于其带隙宽度大于ＧａＮ、Ｉｎ↓［２］Ｏ↓［３］和ＺｎＯ，适合于用来制造紫外及透明半导体器件。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种可通过改变组分调制带隙宽度的镓铟氧化物薄膜材料及其制备方法， 属于半导体材料
技术介绍
氧化镓((3-Ga203)是具有直接带隙的宽带隙(Eg 4.9eV)半导体材料，以前对于Ga203 的研究多集中在气敏性质、透明导电和纳米材料等方面。与GaN(Eg 3.4eV)和ZnO(Eg 3.37eV)相比较，氧化镓材料具有带隙更宽的优点，且物化性能稳定，是一种很有前途的 紫外光材料。氧化铟(ln203)是重要的光电子信息材料，该半导体材料具有直接带隙(Eg 3.7eV)。 ln203薄膜的光电特性可以通过调整淀积参数进行控制。以前对氧化铟的研究主要集中在透 明导电等方面。目前氧化铟薄膜材料主要用于薄膜太阳能电池和平面显示等器件的透明电极。随着透明光电子学和光电子器件的不断发展，要求材料的透明区域向紫外扩展，波长 为250 350nm的紫外发光二极管(LED)、激光器(LD)的应用备受期待。为了满足透 明电子器件和紫外光电子器件发展的需要，很有必要研究一种新型的可调制带隙宽度的透 明半导体薄膜材料。镓和铟同属11I族元素，0&203和111203均为直接带隙半导体材料，而 镓铟氧化物(Ga2(1-x)In2X03)材料可以认为是Ga203和In203两种材料的合金。根据相关 的理论分析，Ga2(1-X) In2X 03材料的带隙宽度应在Ga203和111203的带隙宽度之间随铟镓所 占的比例的不同在3.7 4.9eV范围内变化，因此可以根据实际需要通过改变Ga2(1-X) In2x 03 薄膜组分调制薄膜材料的带隙宽度。因此Ga2(卜x) In2x03是一种很有前途的可调制带隙宽 度的透明氧化物半导体材料。当前制备氧化镓和氧化铟薄膜存在的问题如下(1) Ga203作为深紫外透明半导体薄膜材料存在的问题是材料的带隙宽度过大，导 带底位置相对较高，施主能级变成深能级，使得在宽带隙材料中引入浅施主能级进而有效 地释放电子进入导带要比带隙相对小一些的氧化物材料困难的多。因此，目前得到的Ga203 薄膜材料的电阻很高。(2) 用磁控溅射、电子束蒸发和脉冲激光沉积等方法带j备的氧化镓薄膜材料一般为非 晶或多晶结构，其带隙宽度是在4.9eV左右，随制备条件的不同稍有变化。因此，Ga203 的带隙宽度基本上是一个定值，不能进行调制。(3) 目前使用磁控溅射等方法制备的氧化铟材料一般为多晶结构，其带隙宽度约为 3.7eV，随制备条件的变化略有不同，不能进行调制。
技术实现思路
针对现有材料技术的不足，本专利技术提供一种可通过改变薄膜组成成分调制带隙宽度的 镓铟氧化物薄膜材料及其制备方法。一种可调制带隙宽度的镓铟氧化物薄膜材料，具有如下通式:Ga2(卜x)Iri2x03，式中:c为 In/(Ga+In)原子比，x=0.1-0.9;随着铟含量;c从0.9减少到0.1 ，该薄膜材料的带隙宽度从 3.72增大到4.58eV，具体数值见表1和表2。当0.1》5 0.2时该薄膜具有^0&203的结构， 当0.2々<0.7薄膜具有混相结构，当0.7》S0.9,薄膜具有立方In2O3的结构。<table>table see original document page 4</column></row><table>表2. 700 'C衬底温度下生长镓铟氧化物薄膜的带隙宽度随铟含量的变化<table>table see original document page 4</column></row><table>本专利技术的一种可调制带隙宽度的镓铟氧化物薄膜材料的制备方法，采用有机金属化学气相淀积(MOCVD)工艺，以三甲基镓[Ga(CH3)3]和三甲基铟[In(CH3)3]为有机金属源，用 氮气作为载气，用氧气作为氧化气体，用MOCVD设备在真空条件下在蓝宝石(ct-Al203) 衬底上生长镓铟氧化物薄膜；其工艺条件如下反应室压强 30 100Torr，生长温度500-800°C ,背景N2流量100-800 sccm,有机金属镓源温度-14.5~-5°C,有机金属铟源温度10~28 °C,有机金属镓源载气(N2)流量l 60sccm,有机金属铟源载气(N2)流量10 60sccm,氧气流量10 100sccm。在上述制备工艺条件下镓铟氧化物薄膜的外延生长速率为0.5~ 2.5nm/分钟。 上述制备方法的操作步骤如下1. 先将MOCVD设备反应室抽成高真空状态4xl(T4Pa-5xlO^Pa，将衬底加热到生长 温度500 800'C，设定并保持有机金属镓源温度-14.5~-5°C;设定并保持有机金属铟源温 度10~28 。C;2. 打开氮气瓶阀门，向真空反应室通入氮气(背景N2) 100—800sccm ，反应室压强 30—100Torr，保持30-35分钟；3. 打开氧气瓶阀门，调节氧气流量10—100sccm，保持8-12分钟；使流量稳定；4. 打开有机金属镓源源瓶阀门，调节载气(N2)流量1一60 sccm，保持8-12分钟；使流量稳定；5. 打开有机金属铟源源瓶阀门，调节载气(N2)流量10—60sccm，保持8-12分钟；使流量稳定；6. 将上述流量稳定的氧气、有机金属镓源载气和有机金属铟源同时通入真空反应室， 保持时间为80-300分钟；7. 反应结束，关闭镓源源瓶、铟源源瓶和氧气瓶阀门，用氮气冲洗管道20-30分钟。 得Ga2(i—x) ln2x03材料。以上方法可以通过质量流量计控制有机金属镓源和铟源的载气流量，以获得不同x值 的Ga2(卜x) In2x03材料。优选的，上述的有机金属源是99.9999%的高纯In(CH3)3和99.9999%的高纯Ga(CH3)3。优选的，上述的载气是由99.999%的高纯氮气经纯化器纯化为99.9999999%的超高纯氮 气，氧气是99.999%的高纯氧气。优选的，上述的蓝宝石(a-Al203)抛光晶面是(0001)晶面。本专利技术方法制备的镓铟氧化物是薄膜材料，在上述工艺条件下，制备的Ga2(卜x) In2X03 材料具有单晶、混晶和多晶结构的薄膜，其具体结构因镓铟比例；c的数值的不同而有所不 同，薄膜的生长速率为0.5 2.5nm/分钟，薄膜的可见光范围的平均相对透过率超过83%。 所制备镓铟氧化物薄膜的带隙宽度可以通过改变镓铟的比例(;c的数值)进行调制，故而是 制造紫外和透明半导体光电器件及量子阱超晶格器件的重要材料。本专利技术用有机金属化学气相淀积方法在oc-Al203 (0001)面上制备镓铟氧化物薄膜具 有工艺条件易于精确控制，薄膜的均匀性和重复性好，便于产业化等优点。所制备的材料 光电性能优良，附着性能好，应用前景广阔。本专利技术方法制备的镓铟氧化物薄膜材料与现 有氧化镓和氧化铟薄膜相比优良效果如下7、制备镓铟氧化物薄膜的带隙宽度可以通过改变镓铟的比例(:c的数值)进行调制。 随着铟含量x{x=In/(Ga+In)原子比}从0.9减少到0.1 ，制备Ga2(1-X) In2X03薄膜的带隙宽度 从3.72增大到4.58eV。因此通过调节镓铟的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种可调制带隙宽度的镓铟氧化物薄膜材料，具有如下通式：Ｇａ↓［２（１－Ｘ）］Ｉｎ↓［２Ｘ］Ｏ↓［３］，式中ｘ为Ｉｎ／（Ｇａ＋Ｉｎ）原子比，ｘ＝０．１－０．９；随着铟含量ｘ从０．９减少到０．１，该薄膜材料的带隙宽度从３．７２增大到４．５８ｅＶ，当０．１≤ｘ≤０．２时该薄膜具有β－Ｇａ↓［２］Ｏ↓［３］的结构，当０．２＜ｘ＜０．７薄膜具有混相结构，当０．７≤ｘ≤０．９，薄膜具有立方Ｉｎ↓［２］Ｏ↓［３］的结构。
【技术特征摘要】
1.一种可调制带隙宽度的镓铟氧化物薄膜材料，具有如下通式Ga2(1-X)In2XO3，式中x为In/(Ga+In)原子比，x＝0.1-0.9；随着铟含量x从0.9减少到0.1，该薄膜材料的带隙宽度从3.72增大到4.58eV，当0.1≤x≤0.2时该薄膜具有β-Ga2O3的结构，当0.2＜x＜0.7薄膜具有混相结构，当0.7≤x≤0.9，薄膜具有立方In2O3的结构。2. —种权利要求1所述的可调制带隙宽度的镓铟氧化物薄膜材料的制备方法，采用有 机金属化学气相淀积工艺，以三甲基镓[Ga(CH3)3]和三甲基铟[In(CH3)3]为有机金属源，用 氮气作为载气，用氧气作为氧化气体，用有机金属化学气相淀积设备在真空条件下在蓝宝 石衬底上生长镓铟氧化物薄膜；其中的工艺条件如下反应室压强 30—100Torr， 生长温度500-800 °C 背景N2流量100—800 sccm 有机金属镓源温度-14.5 -5°C， 有机金属铟源温度10~28 °C, 有机金属镓源载气(N2)流量1 60sccm, 有机金属铟源载气(N2)流量10 60sccm， 氧气流量10-100 sccm。镓铟氧化物薄膜的外延生...
【专利技术属性】
技术研发人员：马瑾，杨帆，栾彩娜，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：88[中国|济南]
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