一种制备ZnO/ZnMgO异质结二维电子气外延结构的RS-LMBE生长方法

摘要

本发明公开了一种采用高纯ZnO、MgZnO陶瓷靶材，利用射频源等离子辅助L-MBE设备，在蓝宝石(0001)单晶衬底上外延生长ZnO/MgZnO异质结的方法。首先，设置等离子体辅助激光分子束外延系统；然后，利用设置好的等离子体辅助激光分子束外延系统处理蓝宝石衬底从而获得氧极性面衬底；最后，利用等离子体辅助激光分子束外延系统在蓝宝石氧极性面衬底上依次生长ZnO低温缓冲层、ZnO层和MgZnO层。由该方法生长得到的ZnO/MgZnO异质结，通过测试C-V，表明在其界面上形成了高浓度的二维电子气。

主权项

一种制备ZnO/ZnMgO异质结二维电子气外延结构的RS ‑LMBE生长方法，其特征在于：(1)设置等离子体辅助激光分子束外延系统：等离子体辅助激光分子束外延系统采用脉冲KrF准分子激光器；等离子体辅助激光分子束外延系统的本底真空度为10‑7Pa，衬底选用蓝宝石单晶衬底；(2)衬底氧极性面的获得：将清洗吹干后的衬底置于等离子辅助L ‑MBE设备中，然后先以每分钟8～12℃的升温速率将衬底从室温加热到600～800℃，接着在射频离化氧气氛中热处理10～30分钟，射频原子源射频功率为100～300W，以清除衬底表面吸附的杂质；紧接着将衬底温度降至400～600℃，将射频原子源的射频功率调至200～300W，在射频离化氧气氛中处理10～20分钟，以获得氧极性面；(3)制备ZnO/ZnMgO异质结二维电子气外延结构，步骤依次为：①将前面得到的氧极性面衬底在200～300℃下，射频离化氧气氛中，生长10～15nm的ZnO低温缓冲层；②将氧极性面衬底升温至600～700℃，在射频离化氧气氛中，退火10～30分钟；③将衬底降温至400～600℃，在射频离化氧气氛中，生长ZnO薄膜400～600nm；④将衬底升温至600～700℃，在射频离化氧气氛中，退火10～30分钟；⑤将衬底降温至300～500℃，在射频离化氧气氛中，利用MgxZn1‑xO靶材料生长MgZnO薄膜30～60nm；⑥将衬底升温至600～700℃，在射频离化氧气氛中，退火10～30分钟；其中，步骤①③⑤中射频离化氧气氛分压为2.0×10‑4～4.0×10‑4Pa，步骤②④⑥中射频离化氧气氛分压为1.0×10‑3～3.0×10‑3Pa，以上六步骤中所使用的射频原子源射频功率均为100W～300W，所述KrF准分子激光器参数为：波长248nm，重复频率3～10Hz，单脉冲能量80～200mJ。