在(La,Sr)(Al,Ta)O3上制备ZnO单晶薄膜的方法技术

本发明专利技术公开了一种在（Ｌａ，Ｓｒ）（Ａｌ，Ｔａ）Ｏ↓［３］上制备高质量ＺｎＯ单晶薄膜的方法，其步骤为：对ＬＳＡＴ（１１１）衬底表面进行低温氧等离子体预处理；然后在超高真空及低温下沉积镁超薄层，再升高衬底温度对镁超薄层进行退火处理，让镁原子在ＬＳＡＴ（１１１）衬底上迁移、脱附，最后获得极薄镁吸附层，从而实现ＺｎＯ薄膜按晶格小失配外延取向生长，制备得到单一Ｏ极性、单一畴的原子级光滑的高质量ＺｎＯ薄膜。本发明专利技术首次提出ＬＳＡＴ（１１１）衬底表面的镁吸附方法，有效地控制了ＺｎＯ的外延取向，克服了现有方法ＺｎＯ薄膜按大失配（１８．９％）外延取向生长所造成的薄膜应变大、缺陷密度高等问题，所得的光滑ＺｎＯ薄膜具有很高的晶体质量与光电性能，完全满足制作高性能光电子器件的要求。（*该技术在2024年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种制备宽禁带半导体氧化锌(ZnO)单晶薄膜的方法，尤其是在(La，Sr)(Al，Ta)O3(简称LSAT)(111)衬底上制备氧化锌薄膜时控制外延取向、消除旋转畴、控制极性从而获得高质量ZnO单晶薄膜的方法。
技术介绍
ZnO具有多种优越性能，在透明导电膜、表面声波器件及压电陶瓷等方面有着广泛的应用。ZnO也是一种直接跃迁型II-VI族半导体，室温禁带宽度为3.37eV。由于其很高的自由激子结合能(60meV)，ZnO已成为继GaN后又一重要的宽禁带半导体材料，在制备低阈值、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。器件质量ZnO基外延膜的制备是实现其器件应用的基本点。虽然ZnO单晶衬底已商业化，但其价格非常昂贵，另外大尺寸衬底难以获得，因此，ZnO单晶薄膜的同质外延生长技术目前还无法实现工业应用。与GaN相似，ZnO薄膜大多在Al2O3(0001)衬底上制备。这一体系同样需要解决大失配异质结构体系所带来的薄膜应变大、缺陷密度高等问题。因此，探索适合ZnO外延生长的衬底材料以及相应的高质量薄膜制备技术具有十分重要的意义。LSAT(铝酸镧·钽酸锶铝)是近年本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在（Ｌａ，Ｓｒ）（Ａｌ，Ｔａ）Ｏ↓［３］上制备高质量ＺｎＯ单晶薄膜的方法，其特征在于，包括如下步骤：１）对ＬＳＡＴ（１１１）衬底背面进行镀钼，并进行去脂清洗，然后将衬底导入分子束外延生长系统；２）在１５０～２００℃低温下进行２５～３５分钟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Ｏ终止面的ＬＳＡＴ（１１１）衬底；３）在气压＜１×１０↑［－７］Ｐａ及衬底温度介于１５０～２００℃时沉积金属镁，镁束流的等效蒸汽压为０．５～１．５×１０↑［－５］Ｐａ，控制沉积时间以获得３～５ｎｍ厚的薄层；４）在５００～６００℃下退火，让镁原子在ＬＳＡＴ（１１１）衬底上迁移、...

【技术特征摘要】
1.一种在(La，Sr)(Al，Ta)O3上制备高质量ZnO单晶薄膜的方法，其特征在于，包括如下步骤1)对LSAT(111)衬底背面进行镀钼，并进行去脂清洗，然后将衬底导入分子束外延生长系统；2)在150～200℃低温下进行25～35分钟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O终止面的LSAT(111)衬底；3)在气压＜1×10-7Pa及衬底温度介于150～200℃时沉积金属镁，镁束流的等效蒸汽压为0.5～1.5×10-5Pa，控制沉积时间以获得3～5nm厚的薄层；4)...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜小龙，薛其坤，英敏菊，梅增霞，曾兆权，郑浩，
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]