[发明专利]在Si衬底上制备纤锌矿相MxZn1-xO单晶薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体光电材料的制备方法，尤其涉及M_xZn_1-xO(M＝Mg，Be)单晶薄膜的制备方法。

背景技术

近年来，紫外探测器因在民用及军事领域均具有重大应用价值而备受关注，如医学、生物学、臭氧检测、火焰传感、污染监测、保密通讯、导弹羽烟探测、飞行器探测以及空间紫外技术领域等。目前实用的紫外探测器是以光电倍增管和硅基紫外光电二极管为主。使用光电倍增管虽然可以灵敏探测到紫外光，但是无法制备高分辨的阵列探测器以满足军事上高分辨探测的需求，且光电倍增管的响应波段宽，对太阳光背景所发射的可见光也有响应，因此需要附加昂贵的紫外滤波片以排除太阳光背景对军事目标所发射紫外信号的干扰；另外，光电倍增管需要在高电压下才可以工作，体积笨重、效率低、易损坏且成本较高，不利于军事小型化及安全化。而硅和砷化镓光电二极管虽然可以实现阵列化，但其探测灵敏度低，同样也需要昂贵的紫外滤波片(组件)，工作范围无法接近日盲区。因此，传统的紫外探测器在实际应用方面都有一定的局限性。开发性能更优越的宽禁带半导体基固态紫外探测器来替代上述紫外探测器件成为近年来国内外学者非常重视的研究课题。

与传统的紫外探测器相比，宽禁带半导体探测器具有探测灵敏度高(量子效率高)、响应快(电子迁移率高)、光谱响应分布好、对可见及红外光为盲区、暗电流低(信噪比高)、耐高温、抗辐射、体积小、可利用现有的半导体技术实现大批量阵列化器件制造等优点，非常适于制成在特殊环境(如生命科学)及恶劣环境(如火灾、太空、战场)下工作、高效率、高性能的紫外探测器。目前研究的热点主要集中在GaN和ZnO及其合金Al_xGa_1-xN和Mg_xZn_1-xO、Be_xZn_1-xO上。理论上这几种材料通过调整各自的元素组分，都可以实现禁带宽度的调控(Al_xGa_1-xN：3.4～6.2eV，Mg_xZn_1-xO：3.37～7.8eV，Be_xZn_1-xO：3.37～10.6eV)，从而完成紫外至日盲区的探测。与AlGaN相比，ZnO合金材料----MgZnO、BeZnO具有更好的光电性能(激子结合能高)、更高的结晶质量(有匹配的单晶衬底)、更好的化学性能和热稳定性、更强的抗辐照能力等优势，因此非常适合做各种环境下的紫外乃至深紫外探测材料；但是由于宽禁带半导体材料的强烈自补偿效应，稳定可靠的p型材料很难获得，因此限制了它们在性能更为优越的pn同质结型紫外探测器中的应用。如何避开p型掺杂的难题，从器件方面另辟蹊径，突破紫外探测器的制作瓶颈，是国内外许多课题组研究的首要目标。

Si衬底上制备M_xZn_1-xO(M＝Mg，Be)器件则可解决这一难题，因为硅作为第一代半导体，其结晶质量以及电性调控已经是目前做得最好的一种材料，因此非常适合用于薄膜的外延生长、器件结构及性能的调制；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M_xZn_1-xO(M＝Mg，Be)外延膜具有非常重要的科学价值和研究意义，将有巨大的产业化应用潜力；基于此，近年来，Si基M_xZn_1-xO(M＝Mg，Be)薄膜的制备技术倍受重视。