[发明专利]在ITO衬底上生长ZnMgO合金薄膜的方法

说明书

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。

背景技术

ZnO是一种直接带隙半导体，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隙半导体材料。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。

发明内容

本发明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。

本发明的技术方案：

在ITO衬底上生长ZnMgO合金薄膜的方法的步骤依次为：

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。

在ITO衬底上生长ZnMgO合金薄膜的方法的步骤依次为：

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500-600℃下，进行外延生长ZnMgO合金薄膜。

本发明的有益效果：

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。

具体实施方式

在ITO衬底上生长ZnMgO合金薄膜的方法，其实施方式一的步骤为：

步骤1，将清洗过的ITO衬底传入MBE系统，在800℃下，高温处理40分钟；

步骤2，在600℃下，氧等离子体处理30分钟；

步骤3，在450℃下，生长厚度为2nm的MgO柔性层；

步骤4，在750℃下，氧等离子体气氛下退火10分钟；

步骤5，在550℃下，进行外延生长ZnMgO合金薄膜。

实施方式二的步骤为：

步骤1，将清洗过的ITO衬底传入MBE系统，在750℃下，高温处理60分钟；

步骤2，再在500℃下，氧等离子体处理50分钟；

步骤3，在500℃下，生长厚度为3nm的MgO柔性层；

步骤4，在700℃下，氧等离子体气氛下退火20分钟；

步骤5，在500℃下，进行外延生长ZnMgO合金薄膜。

实施方式三的步骤为：

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20分钟；

步骤2，再在700℃下，氧等离子体处理30分钟；

步骤3，在400℃下，生长厚度为4nm的MgO柔性层；

步骤4，在850℃下，退火处理10分钟；

步骤5，在600℃下，进行外延生长ZnMgO合金薄膜。

实施方式四的步骤为：

步骤1，将清洗过的ITO衬底传入MBE系统，在780℃下，高温处理50分钟：

步骤2，在550℃下，氧等离子体处理40分钟；