[發(fā)明專利]Si襯底上生長Zn1-xMgxO晶體薄膜的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910096793.0
• 申請日: 2009-03-19
• 公開（公告）號: CN101538734A
• 公開（公告）日: 2009-09-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 潘新花;葉志鎮(zhèn);潘曉晴
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: C30B23/02
• 分類號: C30B23/02;C30B29/16;H01L21/203
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司
• 代理人: 韓介梅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及Zn_1-xMg_xO晶體薄膜的生長方法，尤其是Si襯底上生長Zn_1-xMg_xO晶體薄膜的方法。

背景技術(shù)

ZnO是直接帶隙半導(dǎo)體材料，其室溫禁帶寬度為3.37eV，室溫激子束縛能為60meV，是制備藍(lán)光-紫外光發(fā)光二極管和激光器等光電器件的理想材料。為了研究開發(fā)ZnO基光電器件，一個重要的步驟就是實現(xiàn)ZnO能帶工程，從而實現(xiàn)光電器件中對電子和光子的雙重束縛效應(yīng)。ZnO在紫外電子光學(xué)中的應(yīng)用，關(guān)鍵在于異質(zhì)結(jié)構(gòu)和量子阱的生長，要達(dá)到這個目的，在保持晶格常數(shù)相近的同時對材料的帶隙進(jìn)行調(diào)節(jié)就顯得極為重要了。Mg²⁺的離子半徑()與Zn²⁺的離子半徑()非常接近，在ZnO薄膜生長過程中加入一定量的Mg，獲得的Zn_1-xMg_xO合金，具有與ZnO相同的晶體結(jié)構(gòu)，禁帶寬度相對ZnO展寬，而晶格常數(shù)變化不大。因此，Zn_1-xMg_xO合金是開展ZnO能帶工程的首選材料。

在Si單晶襯底上生長Zn_1-xMg_xO晶體薄膜，更有利于制作電注入器件，因為Si具有很好的導(dǎo)電性。這樣可以充分利用半導(dǎo)體業(yè)界成熟的Si平面工藝和光刻技術(shù)，有利于ZnO器件的光電集成，因此在Si襯底上生長Zn_1-xMg_xO晶體薄膜具有廣闊的應(yīng)用前景。

然而，由于Si和Zn_1-xMg_xO之間存在較大的晶格失配和熱失配，同時Si表面很容易氧化，因此很難實現(xiàn)直接在Si襯底上外延生長Zn_1-xMg_xO合金薄膜。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種在Si襯底上生長Zn_1-xMg_xO晶體薄膜的方法。

本發(fā)明的Si襯底上生長Zn_1-xMg_xO晶體薄膜的方法，包括以下步驟：

1)稱量純度≥99.99％的ZnO和MgO粉末，其中Mg的摩爾百分含量x為0＜x≤30％，將上述粉末球磨混合均勻、壓制成型，然后在1000～1300℃溫度下燒結(jié)，制得Zn_1-xMg_xO陶瓷靶；

2)采用反應(yīng)分子束外延方法在Si襯底上生長Y₂O₃單晶薄膜緩沖層，Y₂O₃是Lu₂O₃或Sc₂O₃或Gd₂O₃，緩沖層厚度為30～100nm，生長條件：以Y源為反應(yīng)源，襯底溫度650～750℃，調(diào)節(jié)生長室氧壓為1×10^-6Torr～3×10^-6Torr；

3)將步驟1)制得的陶瓷靶和經(jīng)清洗過的帶有Y₂O₃緩沖層的Si襯底放入脈沖激光沉積裝置生長室中，靶材與襯底之間的距離保持為4～6cm，生長室真空度至少抽至3.75×10^-9Torr，首先襯底加熱至200～280℃，生長室通入純氧氣，調(diào)節(jié)氧壓為5×10^-3Torr～40×10^-3Torr，開啟激光器，讓激光束聚焦到靶面燒蝕靶材，形成余輝，在襯底上沉積一層5～15nm厚的Zn_1-xMg_xO形核層，然后升溫至500～700℃，保持氧壓，再次開啟激光器，讓激光束聚焦到靶面燒蝕靶材，形成余輝，在Zn_1-xMg_xO形核層上沉積，制得Zn_1-xMg_xO晶體薄膜，將薄膜在氧氣氛下冷卻至室溫。

上述純氧的純度為99.99％以上。所說的Si襯底是(111)Si單晶襯底。Zn_1-xMg_xO薄膜中Mg含量可以通過調(diào)節(jié)靶材中Mg的摩爾百分含量來控制。生長時間由所需晶體薄膜的厚度決定。

本發(fā)明的有益效果在于：