缺陷对β-Ga2O3薄膜的结构和光学特性的影响

摘要

采用射频磁控溅射技术和后期退火在蓝宝石衬底上成功制备了β-Ga2O3薄膜.借助于X射线衍射(XRD)、拉曼散射光谱(Raman)、X射线光电子能谱(XPS)、以及二次离子质谱(SIMS)研究了缺陷对β-Ga2O3薄膜的结构和光学特性的影响.结果表明,未退火的Ga2O3薄膜呈现非晶态,随高温退火时间逐渐增加,非晶Ga2O3薄膜逐步转变为沿(-201)方向择优生长的β-Ga2O3薄膜.所有Ga2O3薄膜在近紫外到可见光区的平均透过率都高达95％,β相Ga2O3薄膜的光学带隙比非晶态薄膜增加～0.3 eV,且随退火时间的增加,β-Ga2O3薄膜的光学带隙也随之变宽.此外,发现非晶Ga2O3薄膜富含氧空位缺陷,高温退火处理后,β-Ga2O3薄膜中的氧空位浓度明显降低,但蓝宝石衬底中的Al极易扩散至Ga2O3薄膜层,并随退火时间的增加Al浓度明显增加,氧空位的降低和Al杂质的增加是导致β-Ga2O3薄膜光学带隙变宽的主要原因.