Si衬底上生长Zn_1-xMg_xO晶体薄膜的方法

摘要

本发明公开的Si衬底上生长Zn1-xMgxO晶体薄膜的方法，先在Si衬底上外延生长一层Lu2O3、Sc2O3或Gd2O3单晶薄膜缓冲层，然后采用脉冲激光沉积法，以Zn1-xMgxO陶瓷靶为靶材，0＜x≤30％，在带有缓冲层的Si衬底上沉积Zn1-xMgxO薄膜，Zn1-xMgxO薄膜的沉积分两步：首先在200～280℃下，沉积一层5～15nm厚的Zn1-xMgxO形核层，然后升温至500～700℃，沉积Zn1-xMgxO薄膜。本发明方法通过在Si衬底上先外延生长一层单晶薄膜缓冲层，实现了在Si衬底上外延生长Zn1-xMgxO晶体薄膜，本发明方法简单，制得的Zn1-xMgxO晶体薄膜具有优良的结构性能，光学性能和电学性能。

主权项

Si衬底上生长Zn1‑xMgxO晶体薄膜的方法，其特征是包括以下步骤：1)称量纯度≥99.99％的ZnO和MgO粉末，其中Mg的摩尔百分含量x为0＜x≤30％，将上述粉末球磨混合均匀、压制成型，然后在1000～1300℃温度下烧结，制得Zn1‑xMgxO陶瓷靶；2)采用反应分子束外延方法在Si衬底上生长Y2O3单晶薄膜缓冲层，Y2O3是Lu2O3或Sc2O3或Gd2O3，缓冲层厚度为30～100nm，生长条件：以Y源为反应源，衬底温度650～750℃，调节生长室氧压为1×10‑6Torr～3×10‑6Torr；3)将步骤1)制得的陶瓷靶和经清洗过的带有Y2O3缓冲层的Si衬底放入脉冲激光沉积装置生长室中，靶材与衬底之间的距离保持为4～6cm，生长室真空度至少抽至3.75×10‑9Torr，首先衬底加热至200～280℃，生长室通入纯氧气，调节氧压为5×10‑3Torr～40×10‑3Torr，开启激光器，让激光束聚焦到靶面烧蚀靶材，形成余辉，在衬底上沉积一层5～15nm厚的Zn1‑xMgxO形核层，然后升温至500～700℃，保持氧压，再次开启激光器，让激光束聚焦到靶面烧蚀靶材，形成余辉，在Zn1‑xMgxO形核层上沉积，制得Zn1‑xMgxO晶体薄膜，将薄膜在原生长气氛下缓慢冷却至室温。