专利名称：在SiO的制作方法
技术领域：
本发明属于半导体材料与器件领域，涉及一种生长宽禁带半导体氧化锌(ZnO)单晶薄膜的方法，特别是在石英(SiO2)衬底上用分子束外延(MBE、P-MBE、RF-MBE、L-MBE)生长ZnO单晶薄膜的方法。
背景技术：
ZnO是一种直接带半导体，具有宽的带隙(室温3.37eV)、大的激子结合能(60meV)和强的光发射等很多优点，在透明电极、探测器、传感器、表面声波滤波器、太阳能电池、短波长激光和发光二极管等光电子器件的理想侯选材料。是继氮化镓(GaN)后又一重要的宽禁带直接带半导体材料。在制备阈值低、低损耗、高效率和高温工作的短波长光电子器件方面有着极为广泛的应用前景。然而高质量ZnO薄膜是实现其器件的基础。虽然目前ZnO单晶衬底已商业化，但大尺寸衬底难以获得，其价格也非常昂贵，因此ZnO单晶薄膜的同质外延生长技术还无法广泛应用。目前ZnO薄膜仍主要在蓝宝石(0001)衬底上生长。由于ZnO与蓝宝石的晶格失配大(18％)容易引起高的缺陷密度等问题。因此探索适合ZnO单晶薄膜外延生长的衬底以及相应的高质量薄膜生长技术具有十分重要的意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种在SiO2衬底上生长ZnO薄膜的方法，该方法通过SiO2衬底的表面预处理、MgO柔性层、ZnO过渡层和高温退火，生长出高质量的ZnO薄膜。
本发明的技术方案在SiO2衬底上生长ZnO薄膜的方法的步骤依次为步骤1，将清洗过的SiO2衬底传入MBE生长系统，在700-900℃下，高温处理20-40分钟，再在400-500℃下，氧等离子体处理20-40分钟；步骤2，在400-500℃下，生长厚度为1-4nm的MgO柔性层；步骤3，在700-800℃下，退火处理10-30分钟；步骤4，在350-450℃下，生长厚度为10-30nm的ZnO过渡层；步骤5，在700-900℃下，氧等离子体气氛下退火10-30分钟；步骤6，在600-700℃下，进行外延生长ZnO薄膜。
本发明的有益效果用SiO2代替蓝宝石和硅等衬底生长高质量ZnO薄膜的方法，通过MgO柔性层和ZnO过渡层制备出高质量的ZnO薄膜。SiO2衬底的优点是制备工艺简单、成本低，有利于在光电子器件方面的应用。
图1为在SiO2衬底上生长ZnO薄膜的室温光致发光光谱。
图2为在SiO2衬底上生长ZnO薄膜的XRD图。
具体实施例方式
在SiO2衬底上生长ZnO薄膜的方法，其实施方式一的步骤依次为步骤1，将清洗过的SiO2衬底传入MBE生长系统，在800℃下，高温处理30分钟，再在450℃下，氧等离子体处理25分钟；步骤2，在450℃下，生长厚度为1-2nm的MgO柔性层；步骤3，在750℃下，退火处理10分钟；步骤4，在400℃下，生长厚度为20nm的ZnO过渡层；步骤5，在750℃下，氧等离子体气氛下退火10分钟；步骤6，在650℃下，进行外延生长ZnO薄膜。
实施方式二的步骤依次为步骤1，将清洗过的SiO2衬底传入MBE生长系统，在700℃下，高温处理20分钟，再在400℃下，氧等离子体处理20分钟；步骤2，在400℃下，生长厚度为1-2nm的MgO柔性层；步骤3，在700℃下，退火处理10分钟；步骤4，在350℃下，生长厚度为10nm的ZnO过渡层；步骤5，在700℃下，氧等离子体气氛下退火10分钟；步骤6，在600℃下，进行外延生长ZnO薄膜。
实施方式三的步骤依次为步骤1，将清洗过的SiO2衬底传入MBE生长系统，在850℃下，高温处理40分钟，再在480℃下，氧等离子体处理30分钟；步骤2，在480℃下，生长厚度为3-4nm的MgO柔性层；步骤3，在780℃下，退火处理20分钟；步骤4，在450℃下，生长厚度为30nm的ZnO过渡层
步骤5，在850℃下，氧等离子体气氛下退火30分钟；步骤6，在680℃下，进行外延生长ZnO薄膜。
按上述实施方式一的工艺方法在SiO2衬底上制备的ZnO薄膜，在室温下测得光致发光光谱如图1所示，由图1可以看出，仅观察到自由激子的紫外发光，而没有观测到与缺陷相关的深能级发光，表明ZnO薄膜具有较高的质量和低的缺陷密度。并对该薄膜的结构进行了研究，测得ZnO薄膜的XRD谱如图2所示，由图2可以观察到一个位于34.59°很强的衍射峰，它起源于ZnO的(0002)衍射，另一个位于21.7°较弱的衍射峰是SiO2的衍射。在图2中没有观察到ZnO其它晶向的衍射峰，表明本发明制备的ZnO薄膜具有良好(0002)晶向的择优取向，即沿纤锌矿结构c轴取向生长。
用SiO2代替蓝宝石和硅等衬底尘长高质量ZnO薄膜的方法，通过MgO柔性和ZnO过渡层制备出高质量的ZnO薄膜。SiO2衬底的优点是制备工艺简单、成本非常低，有利于在光电子器件方面的应用。
权利要求
1.在SiO2衬底上生长ZnO薄膜的方法，其特征在于，该方法的步骤依次为步骤1，将清洗过的SiO2衬底传入MBE生长系统，在700-900℃下，高温处理20-40分钟，再在400-500℃下，氧等离子体处理20-40分钟；步骤2，在400-500℃下，生长厚度为1-4nm的MgO柔性层；步骤3，在700-800℃下，退火处理10-30分钟；步骤4，在350-450℃下，生长厚度为10-30nm的ZnO过渡层；步骤5，在700-900℃下，氧等离子体气氛下退火10-30分钟；步骤6，在600-700℃下，进行外延生长ZnO薄膜。
全文摘要
本发明公开了一种在SiO
文档编号H01L21/363GK101055843SQ200710099110
公开日2007年10月17日 申请日期2007年5月11日 优先权日2007年5月11日
发明者张希清, 刘凤娟, 孙建, 黄海琴, 姚志刚, 王永生 申请人:北京交通大学