不同退火条件对PEALD制备的Ga2O3薄膜特性的影响

马海鑫，丁广玉，邢艳辉，韩 军，张 尧，崔博垚，林文魁，尹浩田，黄兴杰

(1.北京工业大学微电子学院，光电技术教育部重点实验室，北京 100124；2.中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，纳米器件与应用重点实验室，苏州 215123)

0 引 言

Ga2O3是一种新型超宽禁带透明半导体材料，具有5种同分异构体(α、β、γ、η 和 ε-Ga2O3)[1-2]，其中单斜晶系β-Ga2O3在室温下最稳定[3]，属于C2/m点群，其晶格常数为a=1.223 nm，b=0.304 nm，c=0.580 nm，β=103.7°，密度为5.95 g/cm3(单斜晶系，PDF#41-1103)[4-5]。室温下β-Ga2O3带隙约为4.9 eV(对应本征吸收边为253 nm)，超过SiC(Eg约3.02 eV)和GaN(Eg约3.4 eV)等现有的宽带隙半导体材料，使得β-Ga2O3在日盲紫外光电器件和高频大功率器件[6]方面的应用更为广泛。并且含有氧空位的多晶β-Ga2O3薄膜被认为是气体传感器的良好材料，其中气体包括H2、CH4、CO、和O2等[7-10]。此外，β-Ga2O3良好的机械性能和物理化学性能，也被应用于太阳能电池[11]、光催化剂[12]和光电化学电池的光电极中[13]。Ga2O3作为氮化镓半导体的外延衬底制作垂直结构光电器件也非常具有吸引力[14-15]。尽管同质外延Ga2O3薄膜获得了高导通电压和低漏电流的金属-半导体场效应晶体管[16]，但由于体材料衬底昂贵，目前制备Ga2O3薄膜多采用异质外延生长方法，制备方法主要有：金属有机物化学气相沉积(MOCVD)[17-18]、分子束外延技术(MBE)[19]、脉冲激光沉积技术(PLD)[20]、原子层沉积技术(ALD)[21]和溅射[22]等。在这些沉积技术中，ALD技术自身的原子水平控制允许它不仅对单一材料甚至对复合材料的厚度和成分的精确控制也占有优势，被认为是微米甚至纳米尺度图形厚度精确控制的首选方法[23]，并且等离子体的引入扩大了反应温度窗口，目前等离子增强原子层沉积技术(PEALD)被广泛用于沉积电介质和其他外延薄膜。……