Ga2O3有五种同分异构体:α,β,γ,δ,ε,这几种结构中,最稳定的是β异构体。与第三代半导体典型代表GaN材料(禁带宽度:3.4 eV;击穿电场:3.5 MV/cm)相比,单斜晶系的beta氧化镓(β-Ga2O3)具有更宽的禁带宽度(4.9 eV)、更高的击穿电场(8 MV/cm)和更好的化学和热稳定性。因此,其在发光二极管、薄膜太阳能电池、半导体激光器、太阳盲区紫外探测器、气体探测器、大功率器件(场效应晶体管、肖特基势垒二极管)等领域有着非常广泛的应用前景。目前,采用磁控溅射、电子束蒸发等传统工艺方法制作的β-Ga2O3薄膜材料结晶质量差,且多为非晶、微晶或者多晶结构。非晶、多晶薄膜具有较大的缺陷密度,这使得薄膜的发光效率、掺杂效率和耐压能力都比较低,很难用于制造高效率的半导体光电器件。因此,如何生长高质量的β-Ga2O3单晶薄膜已成为热门的前沿研究领域。论文共分为三部分:第一部分,使用脉冲激光沉积(PLD)工艺在GaN衬底上异质外延生长β-Ga2O3掺杂薄膜。通过控制生长温度,研究薄膜的制备工艺、生长机理、结构和光学性质;第二部分,选取薄膜生长的最佳生长温度,改变靶材的Si掺杂浓度,系统研究硅含量对制备薄膜结构和电学性质的影响;第三部分,采用电化学刻蚀法制备纳米多孔GaN分布布拉格反射镜(DBR),并以此为衬底,PLD法异质外延β-Ga2O3薄膜。1.β-Ga2O3单晶薄膜的制备及性质研究采用PLD工艺,以掺硅Ga2O3作为靶材(Si掺杂浓度为0.4%),在(0002)GaN外延片上异质外延生长高质量的β-Ga2O3单晶薄膜,生长温度为600℃,650℃,700℃,所用气氛为氮气。系统地研究了不同生长温度所生长薄膜的结构形态和光学性质的差异。通过对β-Ga2O3薄膜样品的相关结构测试我们发现:在700℃下生长的β-Ga2O3薄膜结晶质量为最好,薄膜为沿[-2 0 1]单一取向生长的β-Ga2O3。β-Ga2O3薄膜与GaN的面面内外延关系为β-Ga2O3[010]‖GaN[1210]和β-Ga2O3[102]‖GaN[1 010]。其中,沿β-Ga2O3[010]方向的晶格失配率[(β-Ga2O3晶胞边长-GaN晶胞边长)/GaN晶胞边长]为4.61%;沿β-Ga2O3[102]方向的晶格失配率为11.30%,即在GaG[1 010]方向三个周期上生长二个周期的β-Ga2O3[102]。2.掺杂浓度对β-Ga2O3薄膜结构及性质的影响在以上研究工作的基础上,对实验所用的Ga2O3靶材进行不同浓度的Si掺杂。本文用到的是Ga2O3:Si(99.8:0.2),Ga2O3:Si(99.8:0.4),Ga2O3:Si(99.8:0.6)三种靶材。生长温度使用的是薄膜结晶质量最好的700℃,XRD表明所有薄膜都是沿着[-4 0 1]方向异质外延生长的。并且薄膜结晶质量在Si掺杂浓度为0.4%时为最好,其次为0.2%,0.8%。对不同掺杂的β-GaO3薄膜进行电学性质的测试,测试结果表明所有薄膜样品均可导电,其方块电阻分别为2×105MΩ,4.5×104MΩ,和450MΩ。由于其电阻较大,霍尔测试仪很难测出其电子迁移率。3.纳米多孔GaN分布布拉格反射镜的制备及氧化镓薄膜的再生长商购生长在c-面蓝宝石衬底上的非故意掺杂GaN/Si掺杂n-GaN周期性薄膜。采用电化学刻蚀技术对GaN外延片进行电化学刻蚀,从而制备出GaN/纳米多孔GaN分布布拉格反射镜(DBR)。在制备过程中,所采用的刻蚀条件如下:刻蚀液为0.3 mol/L的硝酸溶液,刻蚀电压为8-12V,n-GaN层掺杂浓度为1× 1019cm-3。在该实验条件下所制备的反射镜具有反射率高(>90%),反射光阻带(stop-band)宽(>50nm),GaN/纳米多孔GaN周期数少等优点。为了研究纳米多孔GaN DBR结构的可能应用,我们采用PLD技术在最佳条件下在DBR镜上进行异质外延生长β-Ga203薄膜,并系统地研究了薄膜的结构和光学性质。