在ITO衬底上生长ZnMgO合金薄膜的方法技术

本发明专利技术公开了一种在ＩＴＯ衬底上生长ＺｎＭｇＯ合金薄膜的方法，属于半导体材料与器件领域。该方法的步骤为：步骤１，将清洗过的ＩＴＯ衬底传入ＭＢＥ系统，在７５０－８５０℃下高温处理２０－６０分钟；步骤２，在５００－７００℃下，氧等离子体处理３０－５０分钟；步骤３，在４００－５００℃下生长厚度为１．５－６ｎｍ的ＭｇＯ柔性层；步骤４，在７００－８５０℃下，退火处理１０－２０分钟；步骤５，在５００－６００℃下进行外延生长ＺｎＭｇＯ合金薄膜。ＩＴＯ代替蓝宝石和硅衬底生长高质量ＺｎＭｇＯ合金薄膜，生长出高质量的ＺｎＭｇＯ合金薄膜。优点是工艺简单、成本低，器件结构简单，有利于光电子器件的应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术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锌镁(ZnMgO)合金 薄膜的方法，特别是在ITO衬底上用分子束外延(MBE)生长ZnMgO合金薄膜的方法。
技术介绍
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(60 meV) 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。然而ZnO基光电子器件没有实现产业化，其关键问题之一是没有 得到高质量的能带匹配和晶格比较匹配的ZnO基合金薄膜，以满足光电子器件所需要的能带 匹配和晶格比较匹配的ZnO基合金薄膜电子传输层、空穴传输层和行为层材料。另一方面， 虽然目前ZnO单晶衬底己商业化，但大尺寸衬底难以获得，其价格也非常昂贵，因此ZnO 基合金薄膜在ZnO单晶衬底上外延生长还无法广泛应用。目前ZnO基合金薄膜仍主要在蓝 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基合金薄膜外延生长的衬底以及相应的高质量ZnO基合金薄膜 生长技术具有十分重要的意义。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种在ITO衬底上用MBE生长高质量ZnMgO合金 薄膜的方法，该方法通过ITO衬底的表面预处理、MgO柔性层和高温退火，生长出高质量的 ZnMgO合金薄膜。本专利技术的技术方案的步骤依次为步骤l,将清洗过的ITO衬底传入MBE系统，在750-850QC下，高温处理20-60分钟；步骤2,在500-700GC下，氧等离子体处理30-50分钟；步骤3，在400-50(^C下，生长厚度为1.5-6nm的MgO柔性层；步骤4，在700-85(^C下，退火处理10-20分钟；步骤5,在500-60(^C下，进行外延生长ZnMgO合金薄膜。的步骤依次为步骤l，将清洗过的ITO衬底传入MBE系统，在750-850QC下，高温处理20-60分钟；步骤2，在500-70()GC下，氧等离子体处理30-50分钟； 步骤3，在500-60(^C下，进行外延生长ZnMgO合金薄膜。 本专利技术的有益效果用ITO代替蓝宝石和硅等衬底生长高质量ZnMgO合金薄膜的方法，通过ITO衬底的表 面预处理、MgO柔性层和高温退火，生长出高质量的ZnMgO合金薄膜。透明导电电极ITO 衬底的优点是制备工艺简单、成本低，此外可以使器件结构简单，有利于在光电子器件方面 的应用。附图说明图1为在ITO衬底上生长ZnMgO合金薄膜的室温吸收光谱。 具体实施例方式，其实施方式一的步骤为步骤l，将清洗过的ITO衬底传入MBE系统，在80()GC下，高温处理40分钟；步骤2，在60()GC下，氧等离子体处理30分钟；步骤3，在45()GC下，生长厚度为2 nm的MgO柔性层；步骤4，在75(^C下，氧等离子体气氛下退火10分钟；步骤5，在55()GC下，进行外延生长ZnMgO合金薄膜。实施方式二的步骤为步骤l,将清洗过的ITO衬底传入MBE系统，在750t下，高温处理60分钟；步骤2，再在50()GC下，氧等离子体处理50分钟；步骤3，在50()GC下，生长厚度为3 nm的MgO柔性层；步骤4，在70(^C下，氧等离子体气氛下退火20分钟；步骤5，在500^C下，进行外延生长ZnMgO合金薄膜。实施方式三的步骤为步骤l，将清洗过的Si02衬底传入MBE生长系统，在850^C下，高温处理20分钟；步骤2，再在70()GC下，氧等离子体处理30分钟；步骤3，在40()GC下，生长厚度为4 nm的MgO柔性层；步骤4，在85()GC下，退火处理10分钟；步骤5，在600GC下，进行外延生长ZnMgO合金薄膜。实施方式四的步骤为步骤l，将清洗过的ITO衬底传入MBE系统，在780^C下，高温处理50分钟；步骤2,在55()GC下，氧等离子体处理40分钟；步骤3，在43()GC下，生长厚度为5 nm的MgO柔性层；步骤4，在730\:下，退火处理15分钟；步骤5，在53()GC下，进行外延生长ZnMgO合金薄膜。实施方式五的步骤为步骤l，将清洗过的ITO衬底传入MBE系统，在82()GC下，高温处理30分钟；步骤2，在65()GC下，氧等离子体处理35分钟；步骤3,在48()GC下，生长厚度为6 nm的MgO柔性层；步骤4,在82()GC下，退火处理10分钟；步骤5，在58(A:下，进行外延生长ZnMgO合金薄膜。实施方式六的步骤为步骤l，将清洗过的ITO衬底传入MBE系统，在80(^C下，高温处理40分钟； 步骤2，在60()GC下，氧等离子体处理30分钟； 步骤3，在55()GC下，进行外延生长ZnMgO合金薄膜。 实施方式七的步骤为-步骤l，将清洗过的ITO衬底传入MBE系统，在75(^C下，高温处理60分钟； 步骤2，再在50()GC下，氧等离子体处理50分钟； 步骤3,在50(^C下，进行外延生长ZnMgO合金薄膜。 实施方式八的步骤为步骤l，将清洗过的Si02衬底传入MBE生长系统，在850^C下，高温处理20分钟; 步骤2，再在70()GC下，氧等离子体处理30分钟； 步骤3，在60()GC下，进行外延生长ZnMgO合金薄膜。 实施方式九的步骤为步骤l，将清洗过的ITO衬底传入MBE系统，在78(^C下，高温处理50分钟； 步骤2，在55(^C下，氧等离子体处理40分钟； 步骤3，在53(^C下，进行外延生长ZnMgO合金薄膜。 实施方式十的步骤为步骤l,将清洗过的ITO衬底传入MBE系统，在82()GC下，高温处理30分钟； 步骤2,在65()GC下，氧等离子体处理35分钟； 步骤3，在58()GC下，进行外延生长ZnMgO合金薄膜。按上述实施方式一的工艺方法在ITO衬底上生长了 ZnMgO合金薄膜，在室温下测得吸 收光谱如图l所示，由图l可以看出，仅观察到自由激子的紫外吸收，仅观察到自由激子的 吸收峰，这表明激子稳定的存在于室温，且具有低的缺陷密度和较高的质量。用ITO代替蓝宝石和硅等衬底生长高质量ZnMgO合金薄膜的方法，通过ITO衬底的表 面预处理、MgO柔性层和高温退火，生长出高质量的ZnMgO合金薄膜。透明导电电极ITO 衬底的优点是制备工艺简单、成本低，此外可以使器件结构简单，有利于在光电子器件方面 的应用。本文档来自技高网...

【技术保护点】
在ＩＴＯ衬底上生长ＺｎＭｇＯ合金薄膜的方法，其特征在于，该方法的步骤为：　步骤１，将清洗过的ＩＴＯ衬底传入ＭＢＥ系统，在７５０－８５０℃下，高温处理２０－６０分钟；　步骤２，在５００－７００℃下，氧等离子体处理３０－５０分钟；　步骤３，在４００－５００℃下，生长厚度为１．５－６ｎｍ的ＭｇＯ柔性层；　步骤４，在７００－８５０℃下，退火处理１０－２０分钟；　步骤５，在５００－６００℃下，进行外延生长ＺｎＭｇＯ合金薄膜。

【技术特征摘要】
1.在ITO衬底上生长ZnMgO合金薄膜的方法，其特征在于，该方法的步骤为步骤1，将清洗过的ITO衬底传入MBE系统，在750-850℃下，高温处理20-60分钟；步骤2，在500-700℃下，氧等离子体处理30-50分钟；步骤3，在400-500℃下，生长厚度为1.5-6nm的MgO柔性层；步骤4，在700-850℃下，退火处理10-20分钟...

【专利技术属性】
技术研发人员：张希清，孙建，黄海琴，刘凤娟，胡佐富，赵建伟，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]