專利名稱：在SiO的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體材料與器件領(lǐng)域，涉及一種生長寬禁帶半導(dǎo)體氧化鋅(ZnO)單晶薄膜的方法，特別是在石英(SiO2)襯底上用分子束外延(MBE、P-MBE、RF-MBE、L-MBE)生長ZnO單晶薄膜的方法。
背景技術(shù)：
ZnO是一種直接帶半導(dǎo)體，具有寬的帶隙(室溫3.37eV)、大的激子結(jié)合能(60meV)和強的光發(fā)射等很多優(yōu)點，在透明電極、探測器、傳感器、表面聲波濾波器、太陽能電池、短波長激光和發(fā)光二極管等光電子器件的理想侯選材料。是繼氮化鎵(GaN)后又一重要的寬禁帶直接帶半導(dǎo)體材料。在制備閾值低、低損耗、高效率和高溫工作的短波長光電子器件方面有著極為廣泛的應(yīng)用前景。然而高質(zhì)量ZnO薄膜是實現(xiàn)其器件的基礎(chǔ)。雖然目前ZnO單晶襯底已商業(yè)化，但大尺寸襯底難以獲得，其價格也非常昂貴，因此ZnO單晶薄膜的同質(zhì)外延生長技術(shù)還無法廣泛應(yīng)用。目前ZnO薄膜仍主要在藍(lán)寶石(0001)襯底上生長。由于ZnO與藍(lán)寶石的晶格失配大(18％)容易引起高的缺陷密度等問題。因此探索適合ZnO單晶薄膜外延生長的襯底以及相應(yīng)的高質(zhì)量薄膜生長技術(shù)具有十分重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種在SiO2襯底上生長ZnO薄膜的方法，該方法通過SiO2襯底的表面預(yù)處理、MgO柔性層、ZnO過渡層和高溫退火，生長出高質(zhì)量的ZnO薄膜。
本發(fā)明的技術(shù)方案在SiO2襯底上生長ZnO薄膜的方法的步驟依次為步驟1，將清洗過的SiO2襯底傳入MBE生長系統(tǒng)，在700-900℃下，高溫處理20-40分鐘，再在400-500℃下，氧等離子體處理20-40分鐘；步驟2，在400-500℃下，生長厚度為1-4nm的MgO柔性層；步驟3，在700-800℃下，退火處理10-30分鐘；步驟4，在350-450℃下，生長厚度為10-30nm的ZnO過渡層；步驟5，在700-900℃下，氧等離子體氣氛下退火10-30分鐘；步驟6，在600-700℃下，進(jìn)行外延生長ZnO薄膜。
本發(fā)明的有益效果用SiO2代替藍(lán)寶石和硅等襯底生長高質(zhì)量ZnO薄膜的方法，通過MgO柔性層和ZnO過渡層制備出高質(zhì)量的ZnO薄膜。SiO2襯底的優(yōu)點是制備工藝簡單、成本低，有利于在光電子器件方面的應(yīng)用。


圖1為在SiO2襯底上生長ZnO薄膜的室溫光致發(fā)光光譜。
圖2為在SiO2襯底上生長ZnO薄膜的XRD圖。
具體實施例方式
在SiO2襯底上生長ZnO薄膜的方法，其實施方式一的步驟依次為步驟1，將清洗過的SiO2襯底傳入MBE生長系統(tǒng)，在800℃下，高溫處理30分鐘，再在450℃下，氧等離子體處理25分鐘；步驟2，在450℃下，生長厚度為1-2nm的MgO柔性層；步驟3，在750℃下，退火處理10分鐘；步驟4，在400℃下，生長厚度為20nm的ZnO過渡層；步驟5，在750℃下，氧等離子體氣氛下退火10分鐘；步驟6，在650℃下，進(jìn)行外延生長ZnO薄膜。
實施方式二的步驟依次為步驟1，將清洗過的SiO2襯底傳入MBE生長系統(tǒng)，在700℃下，高溫處理20分鐘，再在400℃下，氧等離子體處理20分鐘；步驟2，在400℃下，生長厚度為1-2nm的MgO柔性層；步驟3，在700℃下，退火處理10分鐘；步驟4，在350℃下，生長厚度為10nm的ZnO過渡層；步驟5，在700℃下，氧等離子體氣氛下退火10分鐘；步驟6，在600℃下，進(jìn)行外延生長ZnO薄膜。
實施方式三的步驟依次為步驟1，將清洗過的SiO2襯底傳入MBE生長系統(tǒng)，在850℃下，高溫處理40分鐘，再在480℃下，氧等離子體處理30分鐘；步驟2，在480℃下，生長厚度為3-4nm的MgO柔性層；步驟3，在780℃下，退火處理20分鐘；步驟4，在450℃下，生長厚度為30nm的ZnO過渡層
步驟5，在850℃下，氧等離子體氣氛下退火30分鐘；步驟6，在680℃下，進(jìn)行外延生長ZnO薄膜。
按上述實施方式一的工藝方法在SiO2襯底上制備的ZnO薄膜，在室溫下測得光致發(fā)光光譜如圖1所示，由圖1可以看出，僅觀察到自由激子的紫外發(fā)光，而沒有觀測到與缺陷相關(guān)的深能級發(fā)光，表明ZnO薄膜具有較高的質(zhì)量和低的缺陷密度。并對該薄膜的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，測得ZnO薄膜的XRD譜如圖2所示，由圖2可以觀察到一個位于34.59°很強的衍射峰，它起源于ZnO的(0002)衍射，另一個位于21.7°較弱的衍射峰是SiO2的衍射。在圖2中沒有觀察到ZnO其它晶向的衍射峰，表明本發(fā)明制備的ZnO薄膜具有良好(0002)晶向的擇優(yōu)取向，即沿纖鋅礦結(jié)構(gòu)c軸取向生長。
用SiO2代替藍(lán)寶石和硅等襯底塵長高質(zhì)量ZnO薄膜的方法，通過MgO柔性和ZnO過渡層制備出高質(zhì)量的ZnO薄膜。SiO2襯底的優(yōu)點是制備工藝簡單、成本非常低，有利于在光電子器件方面的應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.在SiO2襯底上生長ZnO薄膜的方法，其特征在于，該方法的步驟依次為步驟1，將清洗過的SiO2襯底傳入MBE生長系統(tǒng)，在700-900℃下，高溫處理20-40分鐘，再在400-500℃下，氧等離子體處理20-40分鐘；步驟2，在400-500℃下，生長厚度為1-4nm的MgO柔性層；步驟3，在700-800℃下，退火處理10-30分鐘；步驟4，在350-450℃下，生長厚度為10-30nm的ZnO過渡層；步驟5，在700-900℃下，氧等離子體氣氛下退火10-30分鐘；步驟6，在600-700℃下，進(jìn)行外延生長ZnO薄膜。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在SiO
文檔編號H01L21/363GK101055843SQ200710099110
公開日2007年10月17日 申請日期2007年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月11日
發(fā)明者張希清, 劉鳳娟, 孫建, 黃海琴, 姚志剛, 王永生 申請人:北京交通大學(xué)