专利名称：一种在Si(111)衬底上制备高质量ZnO单晶薄膜的方法
技术领域：
本发明涉及一种制备宽禁带半导体氧化锌(ZnO)单晶薄膜的方法。
背景技术：
作为第三代半导体的核心基础材料，ZnO具有非常优越的光电性能，其室温禁带宽度为3.37eV、自由激子结合能为60meV，已成为继GaN(自由激子结合能为25meV)后又一重要的宽禁带半导体材料，在制备高性能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础。虽然ZnO单晶衬底已商业化，但其价格仍然非常昂贵，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，蓝宝石是外延生长ZnO基薄膜的常用衬底，但绝缘的蓝宝石基底对pn结型氧化锌基器件的制作增加了难度。而硅衬底上制备氧化锌基器件则可解决这一困难；另外，Si衬底不仅价格便宜，结晶质量好，而且其独特的导电性使后续的器件制备工艺更加简便，有望制成单片集成电路，与先进的硅基微电子技术有效结合起来，因而探索在Si衬底上制备高质量ZnO外延膜具有重要的意义；正基于此，近年来，硅基氧化锌薄膜的制备技术倍受重视。
然而，目前国际上关于在Si衬底上外延生长ZnO薄膜，尤其是高质量的ZnO单晶膜，报道却很少。一个重要的原因是由于Si在氧气氛下很容易被氧化成无定形结构的硅氧化物(SiOx)，因而对ZnO的外延生长造成极大的困难。目前国内、国外已开发出一些表面、界面处理技术来保护硅表面，从而制备出氧化锌薄膜，如日本专利JP2003165793采用在硅基上预先沉积单晶CaF2层的方法保护硅表面以制备氧化锌单晶膜。中国科大的傅竹西小组在硅衬底上预先制备SiC层，然后再生长ZnO薄膜，取得了一定的效果(半导体学报，V25，1662(2004))。日本Tohoku大学的Kawasaki小组则采用ZnS作为缓冲层制备了ZnO薄膜，其室温光荧光谱显示外延膜具有很强的黄绿带深能级发光，表明薄膜具有很高的缺陷密度(Appl.Phys.Lett.V84，502(2004)，V85，5586(2004))。另外，日本Waseda大学的Fuiita等人采用在350℃下沉积Mg两分钟后再开通氧气的方法制备了20nm的MgO缓冲层，从而制备出ZnO薄膜(J.Vac.Sci.Technol.B V22，1484(2004))。众所周知，在较高温度下，Si与活泼金属镁之间会发生反应而生成硅化镁，而硅表面的硅化镁(MgxSi)层会影响MgO的生长，从而影响ZnO外延层的质量。
因此，开发一种能高效保护硅(111)表面免受氧化的界面工程技术，获得一个适合氧化锌外延生长的模板是制备高质量硅基氧化锌单晶薄膜的关键。
发明内容
本发明的目的是提供一种新的在硅(111)面上制备高质量氧化锌单晶薄膜的方法，即分5步依次在超高真空环境下热处理硅衬底获得清洁的Si(111)面、低温沉积1～10nm厚的镁、钙、锶或镉金属单晶薄膜、低温氧化金属膜以获得岩盐相金属氧化物单晶层、低温沉积氧化锌缓冲层以及高温沉积氧化锌层，从而制备出高质量氧化锌单晶薄膜，其优越的光电性能表明该薄膜非常适合于高性能光电子器件的制作。
本发明提供的在硅(111)面上制备高质量氧化锌单晶薄膜的方法是通过如下技术方案实现的1)通过公知的氢氟酸刻蚀法去除硅(111)衬底表面的氧化层，然后导入超高真空制膜系统；其中超高真空制膜系统的样品台具有加热和冷却功能；2)超高真空(UHV)下，升温至750～950℃高温下去除残余氧化硅层，获得清洁的硅衬底表面；3)将上述硅衬底降温至100～-150℃，沉积1～10nm厚金属镁、钙、锶或镉单晶层，然后利用氧气或活性氧源对金属薄膜进行氧化处理，获得岩盐相金属氧化物单晶薄膜；4)在上述金属氧化物层上采用公知的二步生长法沉积ZnO膜，即在-150～350℃低温下沉积5～50nmZnO缓冲层；及5)在400～700℃温度下沉积300～1000nm ZnO外延层，可得到高质量ZnO薄膜。
进一步，所述超高真空制膜系统为分子束外延(MBE)系统。
进一步，在所述步骤3)中将硅衬底降温至30～-30℃，沉积1～10nm厚金属镁单晶层，然后利用活性氧源对金属镁薄膜进行氧化处理10～30分钟，获得氧化镁单晶薄膜；然后在所述步骤4)中在该氧化镁层上-30～350℃低温下沉积5～50nmZnO缓冲层。
上述ZnO单晶薄膜制备方法与现有方法的不同之处主要在于低温下沉积金属镁单晶薄膜以保护清洁的硅(111)表面以及低温下利用活性氧处理获得氧化镁单晶薄膜；低温的目的是为了防止硅与镁通过互扩散而发生硅化反应影响硅与镁的界面，同时低温下沉积镁可降低镁的脱附速度，获得稳定的单晶层。我们发现在60℃以上镁与硅有明显的互扩散发生，从而生成了Mg2Si层，利用反射式高能电子衍射仪(RHEED)，我们清晰地观察到了Mg2Si(111)相关的图案，表明在硅上有Mg2Si形成，而在30℃以下，界面互扩散就明显减少，可获得高结晶性的镁单晶薄膜，这被清晰的Mg(0001)的RHEED图案所证实。在低温镁单晶层形成后，开通活性氧源如利用含氧的射频(rf)等离子体、电子回旋共振(ECR)等离子体或臭氧等，活性氧向镁膜扩散，逐步将镁膜氧化成单晶氧化镁，由于MgO的生成焓ΔHf(MgO)远小于SiO2的生成焓ΔHf(SiO2)，因此硅与氧的结合不易发生，从而保护了硅表面，RHEED图案显示利用这一方法可获得高质量的岩盐相MgO单晶层，从而为氧化锌的外延生长提供了良好的模板。通过两步法后，我们获得了高质量的氧化锌单晶薄膜。
进一步，在所述步骤3)中将硅衬底降温至-10～-100℃，沉积1～5nm厚金属钙单晶层，然后利用活性氧源对金属钙薄膜进行氧化处理10～30分钟，获得氧化钙单晶薄膜；然后在所述步骤4)中在该氧化钙层上-100～350℃低温下沉积5～50nmZnO缓冲层。
上述利用低温沉积钙来保护硅衬底表面而制备ZnO单晶薄膜方法与低温沉积镁的差别主要在于金属钙的沉积温度以及氧化温度要比镁要低，这是因为钙的活性比镁高，更容易与硅发生反应而生成硅化钙(CaSix)，我们的研究发现，当温度高于0℃时，由于硅与钙的反应而无法获得金属钙单晶薄膜，因此钙的沉积温度需更低的温度。同样钙的氧化温度也随着降低。由于钙是立方密堆积结构，其晶格常数为0.559nm与硅(a＝0.543nm)的晶格失配仅为2.8％，因此容易获得高质量薄膜；另外，岩盐相氧化钙的晶格常数为0.481nm，其(111)面内的晶格正好介于Si(111)与ZnO(0001)之间，与ZnO更接近(失配为4.5％)，非常适合氧化锌的生长。
进一步，在所述步骤3)中将硅衬底降温至-50～-150℃，沉积1～5nm厚金属锶单晶层，然后开通氧气或活性氧对金属锶薄膜进行氧化处理10～30分钟，获得氧化锶单晶薄膜；然后在所述步骤4)中在该氧化锶层上-150～350℃低温下沉积5～50nmZnO缓冲层。
由于锶的活性更强，因此，上述锶的沉积温度比钙和镁更低，同时氧化金属锶时，可以使用氧气来替代活性氧，操作更方便。由于锶是立方密堆积结构，其晶格常数为0.608nm与硅(a＝0.543nm)的晶格失配为12％，因此可以获得高质量锶薄膜；另外，岩盐相氧化锶的晶格常数为0.516nm，其(111)面内的晶格介于Si(111)与ZnO(0001)之间，也适合氧化锌的生长。
进一步，在所述步骤3)中将硅衬底降温至100～-20℃，沉积2～10nm厚金属镉单晶层，然后利用活性氧源对金属镉薄膜进行氧化处理10～30分钟，获得氧化镉单晶薄膜；然后在所述步骤4)中在该氧化镉层上-20～350℃低温下沉积5～50nmZnO缓冲层。
由于镉的活性在这四种金属元素中最弱，因此，上述镉的沉积温度也最高，同时氧化金属镉时，需要使用活性氧。镉的晶体结构与镁相似为六方密堆积结构，其晶格常数a为0.298nm，因此镉(0001)面与硅(111)面存在着一个4∶3的畴匹配生长模式，即4个镉的晶格与3个硅的晶格匹配，失配仅为3％。因此可以获得高质量镉薄膜；另外，岩盐相氧化镉的晶格常数为0.471nm，其(111)面内的晶格介于Si(111)与ZnO(0001)之间，与ZnO更接近(失配为2.5％)，非常适合氧化锌的生长。
图1为本发明在硅(111)面上制备高质量ZnO单晶薄膜的工艺流程图；图2为本发明实施例1制备ZnO单晶薄膜时的反射式高能电子衍射原位观察图案；图3为本发明实施例1所制备的ZnO单晶薄膜表面的原子力显微镜图；图4为本发明实施例1在硅(111)面上制备的ZnO单晶薄膜的X射线衍射θ-2θ扫描曲线与ω扫描摇摆曲线；图5为本发明实施例1所制备的ZnO样品的室温光荧光谱；图6为本发明实施例2在30℃时获得的镁薄膜以及岩盐相氧化镁膜的RHEED图案；图7为本发明实施例3在-30℃时获得的镁薄膜以及岩盐相氧化镁膜的RHEED图案。
具体实施例方式
下面结合本发明的制备方法和附图对本发明进行详细说明。
实施例1在硅(111)上预先沉积金属镁单晶薄层法制备高质量氧化锌薄膜如图1所示的本发明的工艺流程图，在硅(111)衬底上预先沉积金属镁单晶层制备高质量氧化锌薄膜的具体步骤如下1.通过公知的氢氟酸刻蚀法对市售硅(111)衬底去除表面的氧化硅层，然后导入MBE系统；2.在气压小于5.0×10-7Pa下，升温至900℃保持20分钟，利用高温脱附作用去除硅表面的残余氧化硅层，获得清洁的硅衬底表面；3.硅衬底降温至-10℃，此时表面呈典型的7×7再构，加热镁扩散炉使镁的束流达到8×10-5Pa左右，沉积5nm厚金属镁单晶层；4.打开氧射频等离子体源，对金属镁薄膜进行氧化处理15分钟，获得氧化镁单晶薄膜；所用氧的流量为1SCCM，射频功率为200瓦；及5.在上述氧化镁层上采用公知的二步生长法沉积ZnO膜，即在低温下(100℃)沉积20nmZnO缓冲层，在较高温度下(600℃)沉积800nm厚ZnO外延层，可得到高质量ZnO薄膜。
在上述制备薄膜过程中，我们利用反射式高能电子衍射仪(RHEED)对样品进行原位观察，与制膜过程的五个步骤相对应，其结果如图2所示，其中图2(a)为硅(111)衬底在超高真空中经过高温处理后的清洁表面，此时呈清晰的7×7再构；图2(b)为沉积在硅(111)上的金属镁层的RHEED图案，图中显示锐利的线状衍射图案表明镁(0001)具有良好的结晶性，低温沉积镁充分减少了硅镁互扩散，抑制了硅与镁之间的发应。图案还表明Mg(0001)面内格子叠加在硅(111)格子上，此时Mg<10-10>//Si<11-2>；Mg<11-20>//Si<10-1>。图2(c)为金属镁氧化后的表面，该图案为典型的岩盐相氧化镁，其生长面为(111)面，面内的格子也是叠加在Si(111)格子上的，即MgO<11-2>//Si<11-2>；Mg<10-1>//Si<10-1>。图2(d)为长完ZnO缓冲层的表面，薄膜为典型的低温下的三维岛状生长模式，对充分弛豫大失配造成的应变具有很好的作用；图2(e)为长完ZnO外延层后的表面，图案显示所得薄膜为高质量ZnO单晶薄膜。我们利用原子力显微镜对该薄膜进行了表面形貌的观察，如图3所示，图中显示了典型的晶粒型形貌，在1×1μm2范围内的表面粗糙度为6nm。我们还样品进行了X射线衍射的测试如图4所示，其中图4(a)为θ-2θ扫描曲线，图中显示了硅峰与氧化锌(002)峰，证明了氧化锌沿c轴生长，图4(b)为ZnO(002)ω扫描的摇摆曲线，其半高宽仅为0.25°，显示了良好的结晶性，是目前质量最好的硅基氧化锌薄膜之一；室温光荧光测试显示该薄膜具有很强的带边发光峰(位于3.26eV)、一个弱的蓝光峰(位于2.89eV)以及几乎难以探测到的黄绿峰，表明薄膜具有良好的光学性能，非常适用于高性能光电子器件的制作。
实施例2在硅(111)上预先沉积金属镁单晶薄层法制备高质量氧化锌薄膜如图1所示的本发明的工艺流程图，在硅(111)衬底上预先沉积金属镁单晶层制备高质量氧化锌薄膜的具体步骤如下1.通过公知的氢氟酸刻蚀法对市售硅(111)衬底去除表面的氧化硅层，然后导入MBE系统；2.在气压小于5.0×10-7Pa下，升温至900℃保持20分钟，利用高温脱附作用去除硅表面的残余氧化硅层，获得清洁的硅衬底表面；3.硅衬底降温至30℃，此时表面呈典型的7×7再构，加热镁扩散炉使镁的束流达到8×10-5Pa左右，沉积10nm厚金属镁单晶层；4.打开氧射频等离子体源，对金属镁薄膜进行氧化处理30分钟，获得氧化镁单晶薄膜；所用氧的流量为1SCCM，射频功率为200瓦；及5.在上述氧化镁层上采用公知的二步生长法沉积ZnO膜，即在低温下(100℃)沉积20nmZnO缓冲层，在较高温度下(600℃)沉积800nm厚ZnO外延层，可得到高质量ZnO薄膜。
与实施例1的样品制备相比，本实施例采用了较高的沉积金属镁的温度(30℃)，并沉积了更厚的镁膜(10nm)，为了将镁膜氧化，延长了氧化时间(30分钟)，同样获得了很好的岩盐相氧化镁模板。图6为制备本样品时观察到的镁膜与氧化镁膜的RHEED图案，图6(a)为Si(111)-7×7表面，图6(b)表明镁膜为单晶薄膜，其生长面为Mg(0001)，与实施例1相比，镁膜的质量稍差，这是因为在30℃下，镁与硅之间互扩散没有完全得到抑制，硅与镁之间的界面不是特别陡直，从而影响了氧化镁的质量如图6(c)所示，岩盐相的氧化镁膜结晶性不及实施例1的样品，最后制备得到氧化锌单晶薄膜，但其质量稍差。本实施例表明为获得高质量氧化锌薄膜，镁膜的沉积将起关键作用，而沉积镁膜的温度不能过高。
实施例3在硅(111)上预先沉积金属镁单晶薄层法制备高质量氧化锌薄膜如图1所示的本发明的工艺流程图，在硅(111)衬底上预先沉积金属镁单晶层制备高质量氧化锌薄膜的具体步骤如下1.通过公知的氢氟酸刻蚀法对市售硅(111)衬底去除表面的氧化硅层，然后导入MBE系统；2.在气压小于5.0×10-7Pa下，升温至900℃保持20分钟，利用高温脱附作用去除硅表面的残余氧化硅层，获得清洁的硅衬底表面；3.硅衬底降温至-30℃，此时表面呈典型的7×7再构，加热镁扩散炉使镁的束流达到8×10-5Pa左右，沉积2nm厚金属镁单晶层；4.打开氧射频等离子体源，对金属镁薄膜进行氧化处理10分钟，获得氧化镁单晶薄膜；所用氧的流量为1SCCM，射频功率为200瓦；及5.在上述氧化镁层上采用公知的二步生长法沉积ZnO膜，即在低温下(100℃)沉积20nmZnO缓冲层，在较高温度下(600℃)沉积800nm厚ZnO外延层，可得到高质量ZnO薄膜。
与实施例1和2的样品制备相比，本实施例采用了较低的温度(-30℃)沉积金属镁，镁的厚度为2nm，在较短的氧化时间内获得了很好的岩盐相氧化镁模板，所得结果与实施例1更接近。图7为制备本样品时观察到的镁膜与氧化镁膜的RHEED图案，图7(a)为Si(111)-7×7表面，图7(b)表明镁膜为单晶薄膜，其生长面为Mg(0001)，图7(c)显示氧化镁膜为岩盐相单晶薄膜，其生长面为MgO(111)。
将实施例1、2、3相比较，我们发现在30℃以下，在清洁的硅表面上都能获得金属镁的单晶薄膜，温度越低镁与硅的界面越锐利，可以更好地保护硅表面，获得高质量的氧化镁模板；在-10℃以下，因为镁与硅之间的互扩散几乎被抑制，因此，可以获得非常相近的结果。对上述样品进行XRD测试，发现实施例1与3所得的氧化锌薄膜的质量基本一致，而实施例2稍差。
实施例4在硅(111)上预先沉积金属钙单晶薄层法制备高质量氧化锌薄膜如图1所示的本发明的工艺流程图，在硅(111)衬底上预先沉积金属钙单晶层制备高质量氧化锌薄膜的具体步骤如下1.通过公知的氢氟酸刻蚀法对市售硅(111)衬底去除表面的氧化硅层，然后导入MBE系统；2.在气压小于5.0×10-7pa下，升温至900℃保持20分钟，利用高温脱附作用去除硅表面的残余氧化硅层，获得清洁的硅衬底表面；
3.硅衬底降温至-50℃，此时表面呈典型的7×7再构，加热钙扩散炉使钙的束流达到5×10-5Pa左右，沉积3nm厚金属钙单晶层；4.打开氧射频等离子体源，对金属钙薄膜进行氧化处理15分钟，获得氧化钙单晶薄膜；所用氧的流量为1SCCM，射频功率为200瓦；及5.在上述氧化钙层上采用公知的二步生长法沉积ZnO膜，即在低温下(100℃)沉积20nmZnO缓冲层，在较高温度下(600℃)沉积800nm厚ZnO外延层，可得到高质量ZnO薄膜。
与实施例1、2、3使用沉积镁来制备氧化锌样品相比，本方法在沉积金属钙时需要更低的温度，才能抑制硅与钙之间的发应，因此温度升降过程较长。研究表明若钙的沉积温度超过在-10℃，则对沉积单晶钙膜不利，在使用钙膜来制备氧化锌的方案中，钙的沉积温度选择在-10～-100℃范围。由于CaO(111)的面内晶格常数介于硅(111)与ZnO(0001)之间，因此有助于硅与氧化锌之间的晶格失配，获得更好的薄膜。
实施例5在硅(111)上预先沉积金属锶单晶薄层法制备高质量氧化锌薄膜如图1所示的本发明的工艺流程图，在硅(111)衬底上预先沉积金属锶单晶层制备高质量氧化锌薄膜的具体步骤如下1.通过公知的氢氟酸刻蚀法对市售硅(111)衬底去除表面的氧化硅层，然后导入MBE系统；2.在气压小于5.0×10-7Pa下，升温至900℃保持20分钟，利用高温脱附作用去除硅表面的残余氧化硅层，获得清洁的硅衬底表面；3.硅衬底降温至-100℃，此时表面呈典型的7×7再构，加热锶扩散炉使锶的束流达到3×10-5Pa左右，沉积3nm厚金属锶单晶层；4.打开氧气源，对金属锶薄膜进行氧化处理15分钟，获得氧化锶单晶薄膜；所用氧的流量为2SCCM；及5.在上述氧化锶层上采用公知的二步生长法沉积ZnO膜，即在低温下(0℃)沉积20nmZnO缓冲层，在较高温度下(600℃)沉积800nm厚ZnO外延层，可得到高质量ZnO薄膜。
与实施例4的样品制备相比，本方法在沉积金属锶时需要更低的温度，才能抑制硅与锶之间的发应，因此温度升降过程更长。研究表明若锶的沉积温度超过在-50℃，则对沉积单晶锶膜不利，在使用锶膜来制备氧化锌的方案中，锶的沉积温度选择在-50～-150℃范围。本方法的另一特点是锶氧化时可以采用通氧气的方法，这是因为锶非常活泼，能直接与氧气快速发应，而不必使用活性氧源。另外，SrO(111)的面内晶格常数介于硅(111)与ZnO(0001)之间，因此有助于硅与氧化锌之间的晶格失配，获得高质量的薄膜。
实施例6在硅(111)上预先沉积金属镉单晶薄层法制备高质量氧化锌薄膜如图1所示的本发明的工艺流程图，在硅(111)衬底上预先沉积金属镉单晶层制备高质量氧化锌薄膜的具体步骤如下1.通过公知的氢氟酸刻蚀法对市售硅(111)衬底去除表面的氧化硅层，然后导入MBE系统；2.在气压小于5.0×10-7Pa下，升温至900℃保持20分钟，利用高温脱附作用去除硅表面的残余氧化硅层，获得清洁的硅衬底表面；3.硅衬底降温至30℃，此时表面呈典型的7×7再构，加热镉扩散炉使镉的束流达到7×10-5Pa左右，沉积7nm厚金属镉单晶层；4.打开氧射频等离子体源，对金属镉薄膜进行氧化处理20分钟，获得氧化镉单晶薄膜；所用氧的流量为1SCCM，射频功率为200瓦；及5.在上述氧化镉层上采用公知的二步生长法沉积ZnO膜，即在低温下(100℃)沉积20nmZnO缓冲层，在较高温度下(600℃)沉积800nm厚ZnO外延层，可得到高质量ZnO薄膜。
与沉积金属镁、钙、锶法来制备氧化锌样品的方法相比，本方法在沉积金属镉时可采用较高的温度，这是因为硅与镉之间的发应较弱，镉的生长温度选在-20～100℃，因此温度升降范围较小，便于实施。另外，由于镉夺氧的能力相对较弱，因此金属镉膜的厚度需要更厚一点以保护硅表面。CdO(111)的面内晶格常数介于硅(111)与ZnO(0001)之间，与ZnO的失配仅为2.5％，因此非常适合高质量氧化锌薄膜的制备。
权利要求
1.一种在硅(111)衬底上制备高质量氧化锌单晶薄膜的方法，其步骤如下1)通过公知的氢氟酸刻蚀法去除硅(111)衬底表面的氧化层，然后导入超高真空制膜系统；其中，超高真空制膜系统的样品台具有加热和冷却功能；2)超高真空下，升温至750～950℃高温下去除残余氧化硅层，获得清洁的硅衬底表面；3)将上述硅衬底降温至100～-150℃，沉积1～10nm厚金属镁、钙、锶或镉单晶层，然后利用氧气或活性氧源对金属薄膜进行氧化处理，获得岩盐相金属氧化物单晶薄膜；4)在上述金属氧化物层上采用公知的二步生长法沉积ZnO膜，即在-150～350℃低温下沉积5～50nmZnO缓冲层；及5)在400～700℃温度下沉积300～1000nm ZnO外延层，可得到高质量ZnO薄膜。
2.根据权利要求1所述的一种在硅(111)衬底上制备高质量氧化锌单晶薄膜的方法，所述超高真空制膜系统为分子束外延系统。
3.根据权利要求1或2所述的一种在硅(111)衬底上制备高质量氧化锌单晶薄膜的方法，在所述步骤3)中将硅衬底降温至30～-30℃，沉积1～10nm厚金属镁单晶层，再利用活性氧源对金属镁薄膜进行氧化处理10～30分钟，获得岩盐相氧化镁单晶薄膜；然后在所述步骤4)中在该氧化镁层上-30～350℃低温下沉积5～50nmZnO缓冲层。
4.根据权利要求1或2所述的一种在硅(111)衬底上制备高质量氧化锌单晶薄膜的方法，在所述步骤3)中将硅衬底降温至-10～-100℃，沉积1～5nm厚金属钙单晶层，再利用活性氧源对金属钙薄膜进行氧化处理10～30分钟，获得岩盐相氧化钙单晶薄膜；然后在所述步骤4)中在该氧化钙层上-100～350℃低温下沉积5～50nmZnO缓冲层。
5.根据权利要求1或2所述的一种在硅(111)衬底上制备高质量氧化锌单晶薄膜的方法，在所述步骤3)中将硅衬底降温至-50～-150℃，沉积1～5nm厚金属锶单晶层，再开通氧气或活性氧对金属锶薄膜进行氧化处理10～30分钟，获得岩盐相氧化锶单晶薄膜；然后在所述步骤4)中在该氧化锶层上-150～350℃低温下沉积5～50nmZnO缓冲层。
6.根据权利要求1或2所述的一种在硅(111)衬底上制备高质量氧化锌单晶薄膜的方法，在所述步骤3)中将硅衬底降温至100～-20℃，沉积2～10nm厚金属镉单晶层，再利用活性氧源对金属镉薄膜进行氧化处理10～30分钟，获得岩盐相氧化镉单晶薄膜；然后在所述步骤4)中在该氧化镉层上-20～350℃低温下沉积5～50nmZnO缓冲层。
全文摘要
本发明公开了一种在硅(111)衬底上制备高质量氧化锌单晶薄膜的方法，即分五步依次在超高真空环境下热处理硅衬底获得清洁的Si(111)面1.低温沉积1～10nm厚的金属单晶薄膜如镁、钙、锶、镉等，2.低温氧化金属膜以获得金属氧化物单晶层，3.低温沉积氧化锌缓冲层，4.以及高温沉积氧化锌层，5.制备高质量氧化锌单晶薄膜；其优越的光电性能表明该薄膜非常适合于高性能光电子器件的制作。高质量硅基氧化锌薄膜在光电集成方面具有巨大的应用前景，因此，本发明具有重大的工业应用价值。
文档编号H01L31/18GK1912194SQ20061006497
公开日2007年2月14日 申请日期2006年3月20日 优先权日2006年3月20日
发明者杜小龙, 王喜娜, 曾兆权, 袁洪涛, 梅增霞, 薛其坤, 贾金锋 申请人:中国科学院物理研究所