（微电子学与固体电子学专业论文）镓铟氧化物薄膜的制备及性质研究.pdf

山东大学博士学位论文 摘要 近几年来，由于透明氧化物半导体材料在发光二极管、激光器、紫外探测 器、透明薄膜晶体管、薄膜太阳能电池及平面显示等方面具有广阔的应用前景， 因而引起了人们的广泛关注。i n 2 0 3 和g a 2 0 3 是具有直接带隙的透明氧化物半导体 材料，带隙宽度分别为3 6 e v 和4 9 e v 。i n 2 0 3 作为一种重要的n 型半导体材料， 特别是锡掺杂的氧化铟( i t o ) 薄膜，因其优良的光电性能而被广泛应用于太阳能 电池及平面显示等领域。i t o 及目前大量使用的透明氧化物半导体材料均存在着 一个共同的问题，那就是：光学带隙一般小于3 7 e v 。随着透明光电予学和光电 子器件的不断发展，要求氧化物半导体材料的透明区域向紫外扩展。i b - g a 2 0 3 是 一种很有潜力的深紫外透明半导体材料，但是其过高的带隙宽度使得p g a 2 0 3 作 为深紫外透明导电薄膜材料存在一定的困难。因此，有必要研究一种新型的可 调制带隙宽度的透明半导体薄膜材料。镓铟氧化物( g a 2 2 x i n 2 x 0 3 ) 材料可以认为 是g a 2 0 3 和i n 2 0 3 两种材料的合金，其带隙宽度可以通过改变样品中g a 与i n 的比 例，在3 6 e v 到4 9e v 之间调制，因此是一种很有希望的紫外光电材料。目前， 国际国内对g a 2 一h i n 加3 ( o 1 x 0 9 ) 薄膜材料的研究工作尚缺乏深入系统的研 究。通过研究制备不同组分的g a 2 一h i n h 0 3 薄膜，并对制备薄膜的生长、组分、 晶格结构、结构相变、电学和光学性质进行较为系统的研究，将会为该材料在 透明电子器件及紫外电子器件上的应用奠定基础。在这样的背景下，本论文开 展了镓铟氧化物薄膜的m o c v d 法制备及其性质的研究。 本论文分为三大部分。第一部分采用m o c v d 法制备 g a 2 0 3 薄膜，研究了 薄膜的结构及光学性质：第二部分制备出了高质量的i n 2 0 3 单晶薄膜，研究了薄 膜的结构、光学及电学性质，并首次观察到0 【a 1 2 0 3 衬底上制备的i n 2 0 3 薄膜的带 间跃迁光致发光现象；第三部分采用m o c v d 法制备 g a 2 一h i n 2 。0 3 ( 0 1 x o 9 ) 薄膜和s n 掺杂的g a l 4 i n o 6 0 3 薄膜，较为系统的研究了薄膜的结构、光学以及电学 性质。 第一部分主要的研究工作及结果如下： 采用m o c v d 法，以高纯g a ( c h 3 ) 3 作为镓源，高纯0 2 作为氧源，高纯n 2 作 为载气，在6 0 0 。c 衬底温度下成功地在蓝宝石( 0 0 0 1 ) 衬底上制备出 g a 2 0 3 薄膜， 山东大学博士学位论文 研究了退火处理对制备薄膜结构和光学性质的影响。x r d 与a f m 测试结果表明， 制备的g a 2 0 3 薄膜呈现非晶结构；经退火处理后薄膜结晶程度得到明显改善，由 非晶转变为了具有d g a 2 0 3 结构的多晶薄膜；且随着退火温度的升高，薄膜的择 优取向性增强，晶粒增大，薄膜结晶质量变好。样品的透射谱测量结果表明， 退火前后薄膜在可见光区的透过率均超过9 5 ；退火处理后，薄膜样品在近紫 外区的透过率得到显著提高，样品的吸收边向短波长方向略有移动，未退火及 8 0 0 0 c 退火后样品的光学带隙分别为4 7 1 e v 和4 8 9 e v 。 第二部分主要的研究工作及结果如下： 采用m o c v d 方法，以高纯i n ( c h 3 ) 3 作为钢源，高纯0 2 作为氧源，高纯n 2 作 为载气，首次成功地在蓝宝石( 0 0 0 1 ) 衬底上制备出了高质量的i n 2 0 3 单晶外延薄 膜。对不同衬底温度下制备薄膜的晶格结构、光学和电学性质进行了研究，并对 i n 2 0 3 单晶薄膜的外延生长机理进行了分析。x i m 测试结果表明，制备薄膜具有 氧化钢的立方结构，且具有沿( 11 1 ) 的单一取向。6 5 0 。c 衬底温度下制备的薄膜具 有最好的结晶质量。h r x r d 和h i 盯e m 测试结果表明在6 5 0 。c 衬底温度下制备的 样品为具有立方结构的单晶薄膜，且薄膜与蓝宝石( 0 0 0 1 ) 衬底存在i n 2 0 3 ( 1 1 1 ) a 1 2 0 3 ( 0 0 0 1 ) ，i n 2 0 3 t 一1 0 a 1 2 0 3 11 2 0 】的外延关系。薄膜( 2 2 2 ) 面的( ) 摇摆曲线半高宽仅为0 1 4 。，这一结果显示制备样品具有很好的单晶质量。样品 的透射谱测量结果表明，不同衬底温度下制备的薄膜在可见光范围的透过率均超 过9 0 ；6 5 0 。c 衬底温度下制备薄膜的光学带隙为3 6 6 e v 。样品的霍尔测试结果 表明，制备i n 2 0 3 薄膜的最低电阻率为5 1 0 x1 0 弓q c m 、霍尔迁移率最高达3 5 2 c m 2 v - 1 s ，载流子浓度为1 6 1x1 0 1 9c m 一4 3 8 1 0 1 9c m 。3 。 室温下对6 5 0 。c 衬底温度下制备的i n 2 0 3 薄膜进行光致发光测量，首次在3 3 7 a m 附近观测到一个强而尖锐的紫外发光峰。低温测量时，3 3 7n n l 附近发光峰结 构没有出现明显变化，但发光峰的位置出现不同程度蓝移。3 3 7n m 附近的紫外发 光峰被归因于电子从导带底到价带项的跃迁。 第三部分主要的研究工作及结果如下： 1 首次采用m o c v d 法，以高纯g a ( c h 3 ) 3 作为镓源，高纯i n ( c h 3 ) 3 作为钢源， 在5 5 0 。c 衬底温度下蓝宝石( 0 0 0 1 ) 衬底上制备出了g a 2 2 x i n 2 x 0 3 ( 0 1 x 0 9 ) 薄膜。对制备薄膜的晶格结构、结构相变、组分、光学和电学性质进行了系统研 山东大学博士学位论文 - - - - - - m mmmmm曼毫皇 究，并研究了高温退火处理对生长g a 2 0 n h 0 3 薄膜的结构和光电性能的影响。 x i m 测试结果表明，随着样品中i n 含量的降低，g a 2 _ 2 j n 加3 薄膜的结构先由立方 i n 2 0 3 结构转变为非晶，进而转变为多晶d g a 2 0 3 结构；7 0 0 。c 退火处理后薄膜结 构得到明显改善，对于富i n 及g a 与i n 比例相同的样品其结晶质量得到了明显的提 高，而对于富g a 的样品其择优取向发生明显的改变。对样品的x p s 和r b s 的分析 结果表明，采用m o c v d 方法制各的g a 2 2 d n 2 x 0 3 薄膜的组分与我们的实验初始设 定值是一致的。样品的透射谱测量结果表明，制备薄膜样品在可见光区的透过率 在扣除了衬底的影响后均达到了8 5 以上，带隙宽度随样品中g a 含量的改变在 3 7 6e v 到4 4 3 e v 之间变化；经过退火处理后，薄膜样品在近紫外区的透过率得 到显著提高，样品的带隙宽度明显增大。对薄膜的电学性能测试表明，g a 2 2 x l n 2 x 0 3 薄膜的电阻率随g a 含量的增大由3 4 1 4 x 1 0 0 q c m 单调增加到6 7 1 1 0 4q c m ，且 经退火处理后薄膜的电阻率进一步升高。 2 采用m o c v d 法，以高纯g a ( c h 3 ) 3 作为镓源，高纯i n ( c h 3 ) 3 作为铟源，在 7 0 0 。c 衬底温度下蓝宝石( 0 0 0 1 ) 衬底上制备出了g a 2 2 x i n h 0 3 ( 0 1 x o 9 ) 薄膜。 对制备薄膜的晶格结构、组分、光学和光致发光性质进行了系统研究。x r d 和 h r t e m 测试结果表明，随着样品中i n 含量的增加，g a z 厶i n h 0 3 薄膜的结构先由 多晶b g a 2 0 3 结构转变为立方i n 2 0 3 结构多晶薄膜，进而转变为具有i n 2 0 3 ( 1 1 1 ) 单 一择优取向的单晶结构薄膜。样品的透射谱测量结果表明，所有制备样品在可 见光区的平均透过率均超过9 0 ，薄膜的带隙宽度随g a 含量的增加从3 7 2e v 单 调增加至4 5 8 e v 。 室温下对不同铟组分的薄膜样品进行光致发光测量，对于i n 含量较高仅 0 5 1 的样品，在3 3 8n m ( 3 6 7 e v ) 附近观测到了紫外发光峰，并且紫外发光峰的 相对强度随i n 含量的减小而减弱；而当g a 含量较高o 0 5 ) 时，在3 3 2 n m ( 3 7 3 e v ) 附近观测到一个较为尖锐的紫外发光峰，并且随着g a 含量的增加发光峰的强度 增强。x , - j x = o 3 的样品进行低温测量时，3 3 2n m 附近发光峰的位置出现不同程度 蓝移。尝试性地对不同组分g a 2 一z j n z 。0 3 薄膜的光致发光机制进行了分析，3 3 8n m 处发光峰的起源被归因于电子从导带到价带的跃迁；3 3 2n n l 处发光峰可能起源 于g a 2 厶l n h 0 3 中p g a 2 0 3 晶粒导带到受主的跃迁发光。 3 首次采用m o c v d 法，以高纯g a ( c h 3 ) 3 作为镓源，高纯i n ( c h 3 ) 3 作为铟源， 山东大学博士学位论文 高纯s n ( c 2 h 5 ) 4 作为锡源，在5 5 0 。c 衬底温度下蓝宝石( 0 0 0 1 ) 衬底上制备出了 不同s n 掺杂浓度的g a l 4 i n o 6 0 3 ( g a l d n o 6 0 3 ：s n ) 薄膜，研究了掺杂浓度对薄膜结 构和光电性能的影响。对不同掺杂浓度g a j 4 1 1 1 0 ，6 0 3 ：s n 薄膜样品的结构性质及形 貌分析表明，当掺杂浓度超过3 时，样品由非晶结构转变为具有单斜g a 2 0 3 结 构的多晶薄膜：并且随着s n 掺杂浓度的增加，g a l 4 i n o 6 0 3 ：s n 薄膜的晶粒明显增 大，结晶质量得到进一步的改善。样品的透射谱和霍尔测试结果表明，制备 g a i 4 i n o 6 0 3 ：s n 薄膜的光学带隙、电阻率、载流子浓度和霍尔迁移率均随掺杂浓 度不同而发生变化。其中掺杂比例为5 的g a i 。4 i n o 。6 0 3 ：s n 薄膜具有最佳的光电性 能，其可见光透过率超过8 5 ，光学带隙为3 8 5e v ；室温下该样品的电阻率和 霍尔迁移率分别达到了4 9 1 0 dq c m 和2 1 。4c i n 2 v - i s 。 关键词：金属有机化学气相沉积；g a 2 0 3 薄膜；i n 2 0 3 薄膜；g a 2 2 x l n 2 x 0 3 薄膜；s n 掺杂g a l 4 i n o 6 0 3 薄膜。 i v 山东大学博士学位论文 a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，i n t e n s ei n t e r e s th a sb e e np a i dt ot r a n s p a r e n t o x i d e s e m i c o n d u c t o r s ( t o s s ) o w i n gt ot h e i rp o t e n t i a la p p l i c a t i o n si nl i g h t e m i t t i n gd i o d e s ， l a s e rd i o d e s ，u l t r a v i o l e t 哪d e t e c t o r s ，t r a n s p a r e n tt h i n - f i l mt r a n s i s t o r s ，f l a tp a n e l d i s p l a y sa n dt h i n - f i l ms o l a rc e l l s b o t hi n 2 0 3a n dg a 2 0 3a r eg o o dt o s sw i t hd i r e c t b a n dg a pe n e r g yo f3 6a n d4 9e v , r e s p e c t i v e l y 1 n 2 0 3i sav e r yi m p o r t a n tn - t y p e t r a n s p a r e n ts e m i c o n d u c t o ra n d h a sb e e nw i d e l yu s e di nm a n yf i e l d ss u c ha ss o l a rc e l l s a n df l a t p a n e ld i s p l a y so w i n gt oi t se x c e l l e n to p t o e l e c t r i c a lp r o p e r t i e s t h eo p t i c a l b a n d g a po ft h ec o n v e n t i o n a lt r a n s p a r e n to x i d es e m i c o n d u c t o r ss u c ha si t o f i l m si s u s u a l l ys m a l l e rt h a n3 7 e v an e e df o rm a t e r i a l sw h i c ha r et r a n s p a r e n ti nt h eu v r e g i o nh a se m e r g e dw i t h t h ed e v e l o p m e n to ft r a n s p a r e n to p t o e l e c t r o n i c sa n d o p t o e l e c t r o n i cd e v i c e s g a 2 0 sw i t ht h em o n o c l i n i cs t r u c t u r e ( 1 3 一g a 2 0 3 ) i sap r o m i s i n g c a n d i d a t ef o rd e e p u l t r a v i o l e t ( u v ) t r a n s p a r e n tc o n d u c t i v eo x i d e s b u tg a 2 0 3a sa d e e p - u vt r a n s p a r e n tc o n d u c t i v em a t e r i a lp r e s e n t ss o m ed i f f i c u l t i e sd u et oi t s o v e r h i g hb a n dg a pe n e r g y h e n c e ，i ti sn e c e s s a r yt oi n v e s t i g a t en o v e lb a n d g a pt u n a b l e t o s sm a t e r i a l s g a 2 z , i n 2 j c 0 3i sc o n s i d e r e dt ob ea na l l o yo f1 n 2 0 3a n dg a 2 0 3 t h e b a n dg a po fg a 2 2 x i n z r 0 3c o u l db et u n e df r o m3 6 e vt o4 9 e vb yc o n t r o l l i n gt h e c o m p o s i t i o no ft h ef i l m s ，a n dt h i sm a k eg a 2 2 x l n 2 x 0 3ap r o m i s i n gu vp h o t o e l e c t r i c m a t e r i a l u n t i ln o w , t h e r ei ss t i l ll a c ko fs y s t e m a t i c a li n v e s t i g a t i o nf o rp r o p e r t i e so f g a 2 z d n 2 x 0 3 ( o 1 蜓0 9 ) f i l m s t op r e p a r eg a 2 2 x l n 2 x 0 3 f i l m sa n di n v e s t i g a t et h e g r o w t hm e c h a n i s m ，f i l mc o m p o s i t i o n ，c r y s t a ls t r u c t u r e ，p h a s e t r a n s i t i o na n d o p t o e l e c t r i c a lp r o p e r t i e so ft h ef i l m sw i l ll i rt h i sm a t e r i a lt oh i g h e rp o t e n t i a li nt h e f i e l do ft r a n s p a r e n ta n du vo p t o e l e c t r o n i cd e v i c e s u n d e rs u c hb a c k g r o u n d ，t h e p r e p a r a t i o na n dc h a r a c t e r i z a t i o no fg a 2 2 x l n z r 0 3f i l m sa r ei n v e s t i g a t e di nt h i sa r t i c l e t h ec o n t e n to ft h i sa r t i c l ec o n s i s t so ft h r e ep a r t s i nt h ef i r s tp a r t ，t h eg a 2 0 3f i l m s w e r ed e p o s i t e db ym o c v d t h es t r u c t u r a la n do p t i c a lp r o p e r t i e so ft h ef i l m sw e r e i n v e s t i g a t e d i nt h es e c o n dp a r t ，h i g hq u a j i t yi n 2 0 3f i l m sw e r ep r e p a r e db ym o c v d v 山东大学博士学位论文 t h es t r u c t u r m ，o p t i c a la n de l e c t r i c a lp r o p e r t i e so ft h ef i l m sw e r ei n v e s t i g a t e di nd e t a i l ， a n dt h ep lp h e n o m e n ao fb a n d - t o b a n dt r a n s i t i o ni ni n 2 0 3f i l m sp r e p a r e do n0 【一a 1 2 0 3 w e r ef i r s to b s e r v e d i nt h et 1 1 i r dp a r t ，g a z - z j n 2 x 0 3 ( 0 1 鱼郢9 ) a n ds nd o p e d g a l 4 i n o 6 0 3f i l m sw e r ep r e p a r e db ym o c v d t h es t r u c t u r a l ，o p t i c a la n de l e c t r i c a l p r o p e r t i e so f t h ef i l m sw e r ei n v e s t i g a t e ds y s t e m a t i c a l l y t h em a j o rr e s e a r c hw o r ka n dr e s u l t so ft h ef i r s tp a r ta r ea sf o l l o w s ： t h eg a 2 0 3f i l m sw e r es u c c e s s f u l l yp r e p a r e do no t a 1 2 0 3 ( 0 0 01 ) s u b s t r a t e sa t 6 0 0 。cb ym o c v d u l t r ah i g hp u r i t yg a ( c h 3 ) 3 ，n 2a n d0 2w e r eu s e da st h e o r g a n o m e t a l l i cs o u r c e ，c a r t i e rg a s ，a n do x i d a n t ，r e s p e c t i v e l y t h ef i l md e p o s i t i o n m e t h o dw a sd e s c r i b e di nt h i sp a r ta n dt h ea n n e a l i n ge f r e c to nt h es t r u c t u r a la n d o p t i c a lp r o p e r t i e s o fd e p o s i t e df i l m sw e r ei n v e s t i g a t e d x r da n da f mr e s u l t s i n d i c a t e dt h a tt h ed e p o s i t e df i l mw a sa m o r p h o u sa n dt r a n s f o r m e dt op o l y c r y s t a l l i n e s t r u c t u r eo fp - g a 2 0 3f i l ma f t e ra n n e a l i n g t h ei n c r e a s eo ft h ea n n e a l i n gt e m p e r a t u r e c o u l de n h a n c et h ep r e f e r r e do r i e n t a t i o n ，e n l a r g et h eg r a i ns i z ea n di m p r o v et h e c r y s t a l l i z a t i o no ft h ef i l m t h eo p t i c a lt r a n s m i t t a n c es p e c t r as h o w e dt h a tt h ea v e r a g e t r a n s m i t t a n c ei nt h ev i s i b l er a n g ef o rt h ea s - d e p o s i t e da n da n n e a l e df i l m sw a so v e r 9 5 t h et r a n s m i t t a n c eo ft h ea n n e a l e df i l mi nt h en e a ru vr e g i o nw a so b v i o u s l y i m p r o v e da n dt h ea b s o r p t i o ne d g es h i f t e dt os h o r t e rw a v e l e n g t h t h eo p t i c a lg a p sf o r t h ea s g r o w na n da n n e a l e ds a m p l e sw e r e4 71e va n d4 8 9 e v , r e s p e c t i v e l y t h em a j o rr e s e a r c hw o r ka n dr e s u l t so f t h es e c o n dp a r ta r ea sf o l l o w s ： 1 h i g h - q u a l i t yi n 2 0 3e p i t a x i a lf i l m sw e r es u c c e s s f u l l yp r e p a r e do n 仅- a 1 2 0 3 ( 0 0 01 ) s u b s t r a t e sb ym o c v d f o rt h ef i r s tt i m e u l t r ah i g hp u r i t yi n ( c h 3 ) 3 ，n 2a n d0 2 w e r eu s e da st h eo r g a n o m e t a l l i cs o u r c e ，c a r t i e rg a s ，a n do x i d a n t ，r e s p e c t i v e l y t h e s t r u c t u r a l ，o p t i c a la n de l e c t r i c a lp r o p e r t i e so ft h ef i l m sa saf u n c t i o no fs u b s t r a t e t e m p e r a t u r ew e r ei n v e s t i g a t e d ，a n dt h ee p i t a x i a lg r o 叭hm e c h a n i s mo fs i n g l e c r y s t a l l i n ei n 2 0 3f i l m sw a sa n a l y z e d t h ex r d r e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h ep r e p a r e d s a m p l e sa r ep u r ei n 2 0 3f i l m so fb o d y - c e n t e r e dc u b i c ( b c c ) s t r u c t u r ew i t has i n g l e o r i e n t a t i o no f ( 111 ) d i r e c t i o n t h es a m p l ep r e p a r e da t6 5 0 。cs u b s t r a t et e m p e r a t u r eh a s t h eb e s tc r y s t a l l i n eq u a l i t y h r x r da n dh r t e mr e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h es a m p l e w a ss i n g l ec r y s t a l l i n ef i l mh a v i n gt h eb c cs t r u c t u r eo fp u r ei n 2 0 3w i t hac l e a re p i t a x i a l v l 山东大学博士学位论文 r e l a t i o n s h i po fi n 2 0 3 ( 1 11 ) # a 1 2 0 3 ( o o o 1 ) w i t hi n 2 0 3 - i o a 1 2 0 3 11e 0 t h ef u u w i d t ha th a l fm a x i m u mo ft h et o - r o c k i n gc a lv eo f ( 2 2 2 ) r e f l e c t i o ni so n l y0 14 。， i n d i c a t i n gah i g hq u a l i t yc r y s t a l l i n es t r u c t u r e t h eo p t i c a lt r a n s m i t t a n c es p e c t r a s h o w e dt h a tt h ea v e r a g et r a n s m i t t a n c ei nt h ev i s i b l er a n g ef o ra l lf i l m sw a so v e r9 0 t h eo p t i c a lb a n dg a pf o rt h e6 5 0 。c p r e p a r e ds a m p l ew a s3 6 6 e v t h eh a l l m e a s u r e m e n t si n d i c a t e dt h a tt h el o w e s tr e s i s t i v i t ya n dt h eh i g h e s th a l lm o b i l i t yf o r t h eo b t a i n e df i l m sw e r e5 1 0 x1 0 3q c ma n d3 5 2c m 2 v - 1 s ，r e s p e c t i v e l y t h ec a r d e r c o n c e n t r a t i o nv a r i e db e t w e e n1 6 1x10 1 9c m 。a n d4 3 8 x10 1 9c m - 3 t h ep ls p e c t r ao ft h ei n 2 0 3f i l md e p o s i t e da t6 5 0 。co ns a p p h i r e ( 0 0 01 ) w e r e m e a s u r e d a ni n t e n s ea n ds h a r pu vp lp e a kn e a r3 3 7n mw a so b s e r v e da tr o o m t e m p e r a t u r ef o rt h ef i r s tt i m e w h i l em e a s u r e da tl o wt e m p e r a t u r e ，t h e r ew e r en o o b v i o u sc h a n g ef o rt h es t r u c t u r eo ft h i su vp lp e a k ，b u tt h ep e a kp o s i t i o ns h i f t e d t o w a r d sh i g h e re n e r g y t h eo r i g i no ft h eu vp lp e a kh e a l 3 3 7n n lw a sa s c r i b e dt ot h e e l e c t r o nt r a n s i t i o nf r o mt h ec o n d u c t i o nb a n dt ot h ev a l e n c eb a n d t h em a j o rr e s e a r c hw o r ka n dr e s u l t so ft h et h i r dp a r ta r ea sf o l l o w s ： 1 t h eg a 2 2 x l n 及0 3 ( o 1 鱼三d 9 ) f i l m sw e r e p r e p a r e do nq - a 1 2 0 3 ( o o o1 ) s u b s t r a t e sa t5 5 0 。cb ym o c v df o rt h ef i r s tt i m e h i g hp u r i t yg a ( c h 3 ) 3a n d i n ( e l l 3 ) 3 w e r eu s e da st h eo r g a n o m e t a l l i cs o u r c e s t h ec r y s t a ls t r u c t u r e s ，s t r u c t u r a lp h a s e t r a n s i t i o n s ，o p t i c a la n de l e c t r i c a lp r o p e r t i e sa sw e l la sc o m p o s i t i o n so ft h e s ef i l m s w e ni n v e s t i g a t e di nd e t a i l i na d d i t i o n ，t h ea n n e a l i n ge f f e c to nt h es t r u c t u r a la n d o p t i c a lp r o p e r t i e so fd e p o s i t e df i l m sw a sd i s c u s s e d t h ex r dr e s u l t si n d i c a t e dt h 她a s t h ei nc o n t e n td e c r e a s e s ，t h es t r u c t u r eo ft h ef i l m sc h a n g e df r o mb c ct oa m o r p h o u s ， a n df i n a l l yt om o n o c l i n i cs t r u c t u r eo fi b - g a 2 0 a a f t e r a n n e a l i n ga t7 0 0 0 c ，t h e c r y s t a l l i n eq u a l i t yo fa l lt h ef i l m sw a si m p r o v e da n dt h ep r e f e r r e do r i e n t a t i o nf o rt h e g a r i c hf i l mc h a n g e do b v i o u s l y t h ec o m p o s i t i o n so fg a 2 2 x l n 2 x 0 3f i l m sc a l c u l a t e d f r o mt h ex p sa n dr b s s p e c t r aw e r ec o n s i s tw i t ht h ee x p e r i m e n te n a c t m e n tv a l u e s t h eo p t i c a lt r a n s m i t t a n c es p e c t r as h o w e dt h a tt h ea v e r a g et r a n s m i t t a n c ei nt h ev i s i b l e r a n g ef o ra l lp r e p a r e df i l m sw a so v e r8 5 t h ee go ft h eg a 2 - z x i n 2 x 0 3f i l m sc o u l db e t u n e df r o m3 7 6e vt o4 4 3 e vb yc o n t r o l l i n gt h eg ac o n t e n t t h et r a n s m i t t a n c eo ft h e v i l 山东大学博士学位论文 f i l m si nt h en e a ru vr e g i o nw a so b v i o u s l yi m p r o v e da n dt h eb a n dg a pe n e r g y i n c r e a s e da f t e ra n n e a l i n ga t7 0 0 。c t h er e s i s t i v i t yo fg a 2 d n h 0 3f i l m si n c r e a s e d m o n o t o n o u s l yf r o m3 4 1 4 1 0 - 3 q c mt o6 7 1 x1 0 4q c ma n di n c r e a s e df u r t h e ra f t e rt h e a n n e a l i n gt r e a t m e n t 2 t h eg a 2 2 x i n 2 x 0 3 ( o 1 _ x s _ 0 9 ) f i l m sw e r ep r e p a r e do na a 1 2 0 3 ( 0 0 01 ) s u b s t r a t e sa t7 0 0 。cb ym o c v d h i g h p u r i t yg a ( c h 3 ) 3a n di n ( c h 3 ) 3w e r eu s e da st h e o r g a n o m e t a l l i cs o u r c e s t h es t r u c t u r a l ，o p t i c a l a n dp lp r o p e r t i e sa sw e l la s c o m p o s i t i o n so ft h e s ef i l m sw e r ei n v e s t i g a t e di nd e t a i l x r da n dh r t e mr e s u l t s i n d i c a t e dt h a t ，a st h ei nc o n t e n ti n c r e a s e s ，t h ef i l m sc h a n g e df r o mm o n o c l i n i c s t r u c t u r eo fp - g a 2 0 3t ob c cs t r u c t u r eo fp o l y c r y s t a l l i n ei n 2 0 3 ，a n df i n a l l yt os i n g l e c r y s t a l l i n ei n 2 0 3f i l m s 谢t i las i n g l eo r i e n t a t i o no f ( 1 11 ) d i r e c t i o n t h e o p t i c a l t r a n s m i t t a n c es p e c t r as h o w e dt h a tt h ea v e r a g et r a n s m i t t a n c ei nt h ev i s i b l er a n g ef o ra l l p r e p a r e df i l m sw a so v e r9 0 ，a n dt h eb a n dg a po ft h eg a 2 2 r i n 2 x 0 3f i l m sw a st u n e d f r o m3 7 2e vt o4 5 8 e vb yc o n t r o l l i n gt h eg ac o n t e n t t h ep ls p e c t r ao ft h eg a 2 - 2 x l n e x 0 3f i l m sw e r em e a s u r e da tr o o mt e m p e r a t u r e f o r t h eh i g h e ri nc o n t e n t ( 砭o 5 ) ，a nu vp lp e a kn e a r3 3 8 n m ( 3 6 7 e v ) w a so b s e r v e d a s d e c r e a s i n gt h ei nc o n t e n t ，t h er e l a t i v ei n t e n s i t yo ft h eu v e m i s s i o nd e c r e a s e d a n df o r t h el o w e ri nc o n t e n t 2 3e v ) ，如s i c 、z n s e 、金刚石和g a n 等，被称为是 第三代半导体材料。同第一、二代电子材料相比，宽禁带半导体材料具有禁带宽 度大、电子饱和漂移速度高、介电常数小和导热性能好等特点，适于制作抗辐射、 高频、大功率和高集成度的电子器件：利用其特有的禁带宽度，还可以制作蓝、 绿光及紫外光的发光器件和光探测器件。人们已发现并制造出g a n 、z n s e 等蓝 光发光材料，并用这些材料制成了高亮度蓝光发光二极管和激光器。在宽带隙半 导体材料中，如g a n 、z n o 、z n s e 等也有其明显的缺点，g a n 需要昂贵的制造设 备在高温下生长，薄膜生长的难度较大，同时缺少合适的衬底材料，且其稳定性 尚需提高。z n s e 在受激发射时会造成缺陷的大量增殖，使得寿命缩短。而z n o 材 料的电学性质不够稳定并且其自补偿作用严重，这使得p 型z n o 材料的稳定性较 差。 透明氧化物半导体( t o s ) 材料是制造透明光电子器件和紫外光电子器件的重