[发明专利]利用Nb掺杂调谐Ga2O3禁带宽度的方法

说明书

利用Nb掺杂调谐Ga₂O₃禁带宽度的方法，属于半导体材料领域。使用射频磁控溅射设备在单晶抛光硅片(Si)上沉积一层Nb:Ga₂O₃薄膜材料。用一种管式炉慢退火的杂质激活工艺，使Nb:Ga₂O₃薄膜材料中Nb分布均匀化；使Nb离子迁移到晶格中的空位缺陷处，并由间隙位占据替代位；减少结构缺陷，提高结晶化程度，增大晶粒尺寸，进一步提高薄膜质量。与已有技术相比，本发明的特征在于通过选用Nb作为掺杂剂，Ga₂O₃的禁带宽度有更大的禁带宽度调谐范围。

技术领域

本发明涉及三种利用Nb掺杂调谐Ga₂O₃禁带宽度的方法，属于半导体材料领域。

背景技术

Ga₂O₃是一种宽禁带半导体材料，其禁带宽度E_g＝4.9eV，是目前所知的禁带最宽的透明导电材料。Ga₂O₃较大的禁带宽度，使其具有高的击穿电压，高的饱和电子漂移速率，热导率大和化学性质稳定等特点，因而Ga₂O₃在更短波长范围内工作的新一代光电器件中有着广泛的应用前景，如深紫外探测器，短波发光器件，透明电子器件等。

Ga₂O₃薄膜的禁带宽度决定了其光电器件对应的工作光波波长。单一的禁带宽度势必会限制Ga₂O₃在光电子器件领域的应用范围。为了拓展Ga₂O₃在光电器件中的应用领域，扩展其对应的工作光波的波长范围，大量科研者通过掺杂技术对Ga₂O₃薄膜在光学和电学的性能进行了改进。

目前，众多科研小组已经对Mg、Si、Mn、Eu、Pr、Nd、Sn等元素的掺入对Ga₂O₃薄膜带隙的影响进行了研究报道。Mn、Eu、Pr、Nd、Sn等元素的氧化物禁带间距都要比Ga₂O₃的小，在Ga₂O₃薄膜中掺入Mn、Eu、Pr、 Nd、Sn等离子后，薄膜的禁带宽度均低于本征Ga₂O₃薄膜的禁带宽度。MgO 的禁带宽度为7.8eV，SiO₂的禁带宽度为8.9eV，这两者的禁带宽度均比 Ga₂O₃的禁带宽度大。在Ga₂O₃薄膜中掺入Mg、Si等离子后，薄膜的禁带宽度均高于本征Ga₂O₃薄膜的禁带宽度。现有技术只能在高于或低于本征 Ga₂O₃薄膜的禁带宽度方向进行禁带调谐。

综上所述，亟需一种对Ga₂O₃薄膜禁带宽度进行更大范围调谐的方法：既能获得高于本征Ga₂O₃薄膜的禁带宽度，又能获得低于本征Ga₂O₃薄膜的禁带宽度的禁带调谐的方法。

发明内容