用于制备高质量氧化锌薄膜的蓝宝石衬底原位处理方法技术

本发明专利技术公开了一种用于制备高质量氧化锌薄膜的蓝宝石衬底原位处理方法，即利用等离子体辅助分子束外延（Ｐ－ＭＢＥ）设备，分三个步骤原位处理蓝宝石衬底，从而为高质量氧化锌薄膜的制备提供一个良好的生长模板的方法。首先在低温下对衬底进行氧等离子体处理，然后在超高真空条件下低温沉积金属锂或镁，最后进行退火处理获得带有均匀氧化锂或氧化镁修饰层的蓝宝石表面；该方法可有效解决目前衬底处理工艺难以实际应用的问题，从而提高氧化锌外延薄膜的结晶质量。在按本发明专利技术所获得的蓝宝石表面修饰层上制备得到的ＺｎＯ薄膜结晶质量大幅度提高，具有非常好的光学性能，适用于高性能光电子器件如紫外探测器等的制作。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于高质量氧化锌薄膜制备的蓝宝石衬底原位处理方法，尤其是在蓝宝石(0001)面通过原位氧等离子体处理以及超高真空条件下金属锂或镁薄层的沉积与再蒸发的方法来控制表面及界面的工艺。属于半导体材料领域。
技术介绍
ZnO作为第三代宽禁带半导体材料，具有许多的优良特性，诸如压电，透明导电、气敏等物理性质使其在透明导电膜、表面声波器件、压电陶瓷及气敏传感器等方面已经有着广泛的应用。同时ZnO也是一种直接跃迁型II-VI族半导体，具有非常优越的光电性能。3.37eV的禁带宽度和很高的自由激子结合能(60meV)，使ZnO在发光二极管、激光二极管、紫外探测器和其他低阈值、高效率的短波长光电子器件方面有着极为广阔的应用前景。随着当今低维材料制备以及微加工技术的不断进步和发展，器件质量级ZnO外延膜的制备及其应用引起了越来越多的研究人员和产业界的关注。虽然ZnO单晶衬底已出现商业产品，但其昂贵的价格、较差的结晶质量，成为限制ZnO薄膜的同质外延的瓶颈。因此，在其他衬底上开发ZnO单晶薄膜的异质外延技术具有十分重要的应用价值。由于蓝宝石衬底具有晶体质量好、热稳定性高、价格低廉等优点本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制备高质量氧化锌薄膜的蓝宝石衬底原位处理方法，其特征在于包括如下步骤：１）采用公知的方法对市售蓝宝石（０００１）衬底背面进行镀钼，并进行清洗，然后将衬底导入分子束外延生长系统；２）在１００～３００℃低温下进行３０分钟 左右的射频氧等离子体处理，射频功率为３００～４５０Ｗ，氧气流量为１～３ｓｃｃｍ，以得到氧终止的蓝宝石（０００１）衬底；选择低温的目的是防止表面氧原子的脱附；３）在气压＜１×１０↑［－６］Ｐａ及衬底温度介于２０～２００℃之间沉积金属锂 ，控制沉积时间以获得１～５ｎｍ厚的金属锂界面层；４）在２００～５００℃下退火，让锂原子与蓝宝石（...

【技术特征摘要】
1.一种用于制备高质量氧化锌薄膜的蓝宝石衬底原位处理方法，其特征在于包括如下步骤1)采用公知的方法对市售蓝宝石(0001)衬底背面进行镀钼，并进行清洗，然后将衬底导入分子束外延生长系统；2)在100～300℃低温下进行30分钟左右的射频氧等离子体处理，射频功率为300～450W，氧气流量为1～3sccm，以得到氧终止的蓝宝石(0001)衬底；选择低温的目的是防止表面氧原子的脱附；3)在气压＜1×10-6Pa及衬底温度介于20～200℃之间沉积金属锂，控制沉积时间以获得1～5nm厚的金属锂界面层；4)在200～500℃下退火，让锂原子与蓝宝石(0001)衬底表面的氧原子结合、迁移、脱附...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁洪涛，杜小龙，曾兆权，薛其坤，贾金锋，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]