[發(fā)明專利]一種在硅基襯底上制備非極性氧化鋅薄膜的方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310625564.X
• 申請(qǐng)日: 2013-11-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103643212A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-03-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙全亮;何廣平;狄杰建;袁俊杰;王大偉;蘇德志;李中翔
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北方工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): C23C14/35
• 分類號(hào): C23C14/35;C23C14/08;C23C14/58
• 代理公司: 北京金闕華進(jìn)專利事務(wù)所(普通合伙) 11224
• 代理人: 陳建春

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體薄膜材料，特別涉及寬禁帶半導(dǎo)體材料，屬于功能材料制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

ZnO材料由于帶隙寬(3.36eV)和激子束縛能大(60meV)，易在室溫下獲得較強(qiáng)的激子發(fā)射，可成為紫外激光的重要材料，尤其在紫外光發(fā)光二極管、激光器和探測(cè)器上有重要的研究和應(yīng)用價(jià)值。

ZnO薄膜可分為極性和非極性薄膜兩種。現(xiàn)有技術(shù)中制備非極性ZnO薄膜的襯底主要采用SrTiO₃(STO)、LaAlO₃和Al₂O₃等塊體單晶襯底。例如，清華大學(xué)Wu等人(Wu等人，Structural?and?electrical?properties?of(110)ZnO?epitaxial?thin?films?on(001)SrTiO₃substrates.Solid?State?Communications,2008,148:247-250.)采用脈沖激光沉積法(PLD)在(001)SrTiO₃單晶襯底上制備了150nm的高(110)取向ZnO薄膜。臺(tái)灣國(guó)立交通大學(xué)Tian等人(Tian等人，Growth?of?a-plane?ZnO?thin?films?on?LaAlO₃(100)substrate?by?metal-organic?chemical?vapor?deposition.Journal?of?Crystal?Growth,2008,310:777-782.)采用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉淀法(MOCVD)在LaAlO₃(LAO)襯底上制備了(110)取向非極性ZnO薄膜。浙江大學(xué)Li等人(Li等人，Epitaxial?growth?of?non-polar?m-plane?ZnO?thin?films?by?pulsed?laser?deposition.Materials?Research?Bulletin,2012,47:2235-2238.)采用PLD法在m-Al₂O₃襯底上制備了150nm的高(100)取向非極性m-ZnO薄膜。武漢大學(xué)劉昌等人(劉昌等人，一種在Si基襯底上生長(zhǎng)非極性m面的方法，中國(guó)專利：CN102517563A，2012-01-11)采用原子層沉積法，利用Al₂O₃緩沖層制備了m面高(100)取向非極性ZnO薄膜。

綜上所述，目前已有的制備（110）取向非極性ZnO薄膜的襯底為氧化物單晶材料，如SrTiO₃(STO)、LaAlO₃和Al₂O₃等塊體單晶襯底，價(jià)格昂貴面積小，而且制備在氧化物單晶襯底上的非極性ZnO薄膜不能與Si基襯底大規(guī)模集成。同時(shí)，現(xiàn)有制備Si基非極性ZnO薄膜所用的緩沖層多為絕緣材料，如Al₂O₃，不利于非極性ZnO薄膜與其它薄膜之間（例如用于電致發(fā)光、光探測(cè)等PN結(jié)型器件）的導(dǎo)電特性，會(huì)導(dǎo)致開(kāi)啟電壓過(guò)高和能耗增大等問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明的目的在于，提供一種在Si基襯底上生長(zhǎng)非極性ZnO薄膜的方法，以解決上述問(wèn)題，其有效地降低了成本，且易制備出大面積薄膜，易與現(xiàn)有的硅基半導(dǎo)體電路大面積集成。

本發(fā)明的目的在于提供一種在Si基襯底上生長(zhǎng)非極性ZnO薄膜的方法，利用該方法可有效地制備出帶邊發(fā)射波長(zhǎng)偏移小且發(fā)光強(qiáng)度高的（110）取向非極性ZnO薄膜材料。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

本發(fā)明提供的一種在單晶Si基襯底上生長(zhǎng)非極性ZnO薄膜的方法，包括以下步驟：（1）準(zhǔn)備階段：取一Si襯底，經(jīng)過(guò)清洗后，放入反應(yīng)室中；

（2）制備LaNiO₃緩沖層：生長(zhǎng)LaNiO₃薄膜，經(jīng)退火完成結(jié)晶；

（3）制備ZnO薄膜：利用LaNiO₃緩沖層在Si襯底上生長(zhǎng)ZnO薄膜。

優(yōu)選的，上述在Si基襯底上生長(zhǎng)非極性ZnO薄膜的方法，襯底為（100）晶向的單晶Si襯底；緩沖層為（100）取向的導(dǎo)電性LaNiO₃薄膜，制備的ZnO為高（110）取向的ZnO薄膜。

所述清洗條件為：采用超聲波依次在丙酮溶液、乙醇溶液及去離子水中清洗10分鐘，然后氮?dú)獯蹈蓚溆谩?/p>