刘英英,陈海峰

(西安邮电大学 电子工程学院,陕西 西安 710121)

近年来,超宽禁带半导体材料Ga2O3因具有优异物理和化学性质逐渐引起人们的关注[1]。与带隙为3.3 eV 的SiC 和GaN 相比,Ga2O3的带隙高达4.6～5.3 eV[2]。这种材料通常应用于紫外光电探测器、LED、气体传感器以及高效的大功率晶体管[3-5]。Ga2O3一共有五个相(α,β,γ,ε 和δ),其中单斜晶的β-Ga2O3的带隙宽度为4.6～4.9 eV[6]。与其他第三代半导体材料相比,Ga2O3具有较宽的带隙和较小的电子有效质量,因此具有更好的各向同性、更大的Baliga 品质因数和更高的击穿电压[7]。过去的几年中,已经使用激光分子束外延、金属化学气相沉积和卤化物气相外延等方法成功制备出Ga2O3籽晶层[8-10]。Ga2O3一维纳米材料常通过电化学沉积、金属化学气相沉积法、等离子体合成法制备[11-13]。上述方法虽然可以制备形态各异的β-Ga2O3纳米材料,但是存在工艺复杂、对设备要求较高且原材料成本昂贵等缺陷,不适用于大规模生产。

为了简化工艺和减少对大型设备的依赖,部分学者使用水热法制备Ga2O3纳米材料。Bae 等[14]用水热法成功合成了Ga2O3纳米棒,它的形状多为菱形结构或纺锤体结构且尺寸不一致,生长方向平行于衬底而非垂直于衬底。Zhou 等[15]使用水热法合成了Ga2O3纳米材料的前驱体即GaOOH 纳米材料,它的形状呈单分散性纳米粒子状或者棒状,并且结构大小不统一,分布不均匀。

由于传统水热法制备的Ga2O3纳米材料不能满足阵列器件的要求,本文提出一种改进的水热法,最终可得到均匀分布且直立生长的Ga2O3纳米材料。首先通过磁控溅射法在衬底上沉积一层籽晶层,然后在籽晶层上进一步采用水热法制备Ga2O3纳米棒。……