[發明專利]氧化鎂鋅薄膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201811557586.6
• 申請日: 2018-12-19
• 公開（公告）號: CN109637925B
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發明（設計）人: 顏濤;葉寧;溫孟潔;張六文;周明奇
• 申請（專利權）人: 中國科學院福建物質結構研究所
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02;H01L31/0392;C23C16/02;C23C16/40;C23C16/513
• 代理公司: 北京慧智興達知識產權代理有限公司 11615
• 代理人: 李麗穎;韓龍

本發明提供了一種氧化鎂鋅薄膜，鎂的摩爾含量是60％至75％。本發明還提供了氧化鎂鋅薄膜的制備方法，包括：清洗襯底，然后將襯底導入分子束外延生長系統；對襯底進行氫氣氛熱清潔；對襯底進行氧氣氛退火原位處理；生長氧化鋅緩沖層；生長氧化鎂鋅薄膜。本發明的氧化鎂鋅薄膜為單相纖鋅礦氧化鎂鋅，鎂含量高，帶隙調控范圍寬，使得氧化鎂鋅薄膜在深紫外波段得到更好應用。

技術領域

本發明涉及寬禁帶半導體薄膜材料領域，具體地，本發明涉及一種氧化鎂鋅薄膜及其制備方法，更具體地，本發明涉及一種高鎂含量纖鋅礦氧化鎂鋅薄膜及其制備方法。

背景技術

作為第三代寬禁帶半導體材料，氧化鋅(ZnO)具有大的激子束縛能(60meV)、較低的受激輻射閾值、強的抗輻射能力以及良好的熱穩定性和化學穩定性，在紫外光電子器件方面具有十分廣泛的應用前景。常溫常壓下，氧化鋅為纖鋅礦結構，帶隙3.37eV。摻鎂可以增大氧化鋅的帶隙，拓展其發光波長。然而，熱力學平衡條件下，鎂在纖鋅礦氧化鋅中的固溶度小于4％。因此，氧化鎂鋅(Zn_1-xMg_xO)必須在非平衡條件下制備，鎂含量超過一定程度時會出現相分離問題，也就是同時存在纖鋅礦氧化鋅和巖鹽礦氧化鎂兩種相結構。

目前，制備單相纖鋅礦氧化鎂鋅的方法有很多。A.Ohtomo等人采用脈沖激光沉積(PLD)技術，在藍寶石襯底上獲得鎂含量33％的氧化鎂鋅薄膜，其帶隙為3.87eV(A.Ohtomo,et al.,Appl.Phys.Lett.72,2466(1998).)。W.I.Park等人采用金屬有機氣相外延(MOVPE)技術，在藍寶石襯底上獲得鎂含量49％的氧化鎂鋅薄膜，其帶隙為4.05eV(W.I.Park,etal.,Appl.Phys.Lett.79,2022(2001).)。Y.Zhang等人采用金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)技術，在藍寶石襯底上獲得鎂含量39％的氧化鎂鋅薄膜，其帶隙為3.95eV(Y.Zhang,etal.,J.Cryst.Growth 268,140(2004).)。K.Koike等人采用分子束外延(MBE)技術，在硅襯底上獲得鎂含量43％的氧化鎂鋅薄膜，其帶隙為4.0eV(K.Koike,et al.,J.Cryst.Growth278,288(2005).)。Q.Zheng等人采用磁控濺射方法，在氧化鋅襯底上獲得鎂含量49％的氧化鎂鋅薄膜，帶隙約4.35eV(Q.Zheng,et al.,Appl.Phys.Lett.98,221112(2011).)。M.Wen等人采用MBE技術，在鋁鎂酸鈧襯底上獲得鎂含量50％的氧化鎂鋅薄膜，其帶隙為4.21eV(M.Wen,et al.,J.Cryst.Growth 477,174(2017).)。

經過科研人員多年努力，雖然纖鋅礦氧化鎂鋅中的鎂摻雜量已經得到了極大的提升，但是，由于藍寶石等襯底與氧化鎂鋅存在較大的晶格失配，無法為亞穩相氧化鎂鋅薄膜提供足夠的晶格約束力，使得纖鋅礦氧化鎂鋅中的鎂摻雜量難以進一步提高，進而制約了纖鋅礦氧化鎂鋅薄膜在深紫外波段的更好應用。

發明內容

本發明的發明目是針對纖鋅礦氧化鎂鋅中的鎂摻雜量難以進一步提高從而制約纖鋅礦氧化鎂鋅薄膜在深紫外波段更好應用的問題，提供了一種氧化鎂鋅薄膜及其制備方法。

一方面，本發明提供了一種氧化鎂鋅薄膜，該氧化鎂鋅薄膜中鎂的摩爾含量是60％至75％；其中氧化鎂鋅薄膜中鎂的摩爾含量是指鎂/(鋅和鎂)的摩爾比例。

進一步，氧化鎂鋅薄膜是單相纖鋅礦結構。

進一步，氧化鎂鋅薄膜的帶隙范圍是4.59eV至4.90eV。

另一方面，本發明提供了一種氧化鎂鋅薄膜的制備方法，依次包括如下步驟：

清洗襯底，然后將襯底導入分子束外延生長系統；

對襯底進行氫氣氛熱清潔；

對襯底進行氧氣氛退火原位處理；