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氮化镓(GaN)作为第三代直带隙宽禁带半导体材料,具有热导率高、饱和电子速率高、介电系数小、耐高温、化学性质稳定、机械性能好等特点。在光电子器件和微电子器件领域有着广阔的应用前景,如何制备出高质量的GaN材料,已成为当前广大科研工作者的研究焦点。本文利用磁控溅射沉积系统首先预溅射氧化锌(ZnO)薄膜作为缓冲层,再通过溅射高质量氧化镓(Ga2O3)薄膜后氨化制备高质量GaN多晶薄膜,具有制造成本低、工艺简单、重复性好、应用广泛等显著优点,具有较高的理论研究价值和较强的实际应用意义。 本论文分为两个部分,第一部分为射频溅射生长ZnO择优取向薄膜,并对其进行各种气氛下的退火处理,从而得到高质量的ZnO薄膜,用作后续GaN薄膜的生长缓冲层。第二部分介绍通过氨化 ZnO/ Ga2O3薄膜的方法制备 GaN薄膜,利用XRD、PL、SEM和AFM等系列检测手段对制备出的GaN薄膜的结构和性能进行多方面表征,并初步探索了ZnO缓冲层对GaN薄膜生长的系列影响规律。主要研究成果如下: (1)高质量ZnO薄膜退火过程的系列研究:通过实验发现退火处理可以显著提高ZnO薄膜的结晶质量,在退火温度为800℃、氮气气氛下得到的ZnO薄膜质量最佳,具有高度的C轴择优取向,明显的紫外本征发光峰。 (2)高质量Ga2O3薄膜制备过程的系列研究:当溅射功率为120W时制备的Ga2O3薄膜(111)晶面衍射峰强度最强,半峰宽最小,表明此时制备的Ga2O3薄膜结晶质量最好。我们还发现ZnO缓冲层对Ga2O3薄膜生长具有重要影响,使其结晶质量发生显著改善,可以看到明显的柱状晶粒生长模式。 (3)氨化ZnO/ Ga2O3薄膜法制备高质量GaN薄膜的系列研究:在不同厚度的系列ZnO薄膜缓冲层上利用氨化方法制备GaN薄膜,发现当溅射生长ZnO薄膜时间为1.5h,ZnO薄膜缓冲层厚度为300μm时,其上制备的GaN薄膜质量最为优良。我们分析原因ZnO缓冲层作用一方面缓解了蓝宝石衬底和GaN薄膜之间的热失配和晶格失配;此外促使溅射生长的Ga2O3薄膜出现了明显的柱状晶粒结构,晶粒之间的空隙有利于氨气与Ga2O3反应生成质量优良的GaN薄膜。