[发明专利]一种在硅衬底上制备β-氧化镓薄膜的方法

摘要

一种在硅衬底上制备β‑氧化镓薄膜的方法，属于氧化镓薄膜制备技术领域。本发明包括：1、在硅衬底上生长β‑氧化镓纳米柱阵列作为缓冲层；2、在β‑氧化镓纳米柱阵列作为缓冲层上制备β‑氧化镓薄膜。本发明的优点是：在硅衬底和外延层之间插入β‑Ga₂O₃纳米柱缓冲层，β‑Ga₂O₃纳米柱缓冲层的晶格与外延层相同不仅可降低晶格失配，由于纳米柱之间存在空隙也可使由于生长过程中应力和巨大的热膨胀系数差导致的热应力得到转移和释放，消除退火过程中由于热失配产生的裂纹，从而获得大面积均匀的、高质量的β‑Ga₂O₃薄膜。并且工艺方法简单，成本低廉，具有重大应用潜力。

主权项

1.一种在硅衬底上制备β‑氧化镓薄膜的方法，其特征在于：所述方法步骤如下：步骤一：水浴法制备GaOOH种子层；取一硅衬底，并对其进行清洗，待用；水浴法配置硝酸镓和六亚甲基四胺混合溶液，将所用衬底生长面向下放置在混合溶液中进行生长；其中，硝酸镓浓度为0.1~0.6mol/L，六亚甲基四胺浓度为0.5~1mol/L，混合溶液总体积为30 mL，水浴温度为80‑98^oC，生长时间为1‑3 h；步骤二：将步骤一得到的带有种子层的衬底，用去离子水冲洗后，放入烘箱在150^oC温度下烘干，然后放入水热混合溶液中反应，反应后自然降温，将衬底取出，去离子水冲洗，放入烘箱150^oC烘干，获得羟基氧化镓纳米阵列，其中，水热混合溶液中， Ga(NO₃)₃浓度为0.05‑1mol/L， 六亚甲基四胺浓度为0.1‑0.3mol/L，体积为30 ml，水热温度120‑ 180℃ ，水热时间2‑6h；步骤三：将步骤二得到的羟基氧化镓纳米阵列，放入退火炉中退火，退火温度650‑900^oC，退火时间2‑4h，然后自然冷却到室温，得到β‑氧化镓纳米柱阵列；步骤四：室温生长无定型氧化镓薄膜；在步骤三中得到的β‑氧化镓纳米柱阵列上利用磁控溅射方法制备无定型氧化镓薄膜，所用靶材为氧化镓靶材，溅射功率为160‑220 W，溅射压强为0.8 ‑1.6 Pa，气体总流量为40‑42 sccm，其中氧气流量为2‑5sccm，溅射过程中衬底未加热，生长时间为2‑4 h；步骤五：高温退火获得β‑氧化镓薄膜将步骤四得到的无定型氧化镓薄膜，放入退火炉退火，退火温度650‑900^oC，时间2‑4h，然后自然冷却到室温，即得到β‑氧化镓薄膜。