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《Si襯底上ZnO外延膜結(jié)構(gòu)性質(zhì)的比較》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫(kù)。
1、第27卷第8期半導(dǎo)體學(xué)報(bào)Vol.27No.82006年8月CHINESEJOURNALOFSEMICONDUCTORSAug.,20063Si襯底上ZnO外延膜結(jié)構(gòu)性質(zhì)的比較11,?122王坤姚淑德丁志博朱俊杰傅竹西(1北京大學(xué)物理學(xué)院,北京100871)(2中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)物理系,合肥230026)摘要:采用連通式雙反應(yīng)室高溫MOCVD系統(tǒng)在Si襯底上外延ZnO薄膜,通過(guò)盧瑟福背散射/溝道(RBS/C)及高分辨X射線衍射(HR2XRD)技術(shù)對(duì)不同襯底條件的ZnO外延膜進(jìn)行了組分及結(jié)構(gòu)分析,結(jié)果表明在采用SiC緩沖層后,Si(111)襯底上ZnO
2、(0002)面衍射峰半高寬明顯減小,缺陷密度降低,單晶質(zhì)量顯著變好,c軸方向應(yīng)變由0149%變?yōu)?0116%,即由拉應(yīng)變變?yōu)閴簯?yīng)變且應(yīng)變值變小,說(shuō)明SiC緩沖層可以有效地減小ZnO與Si襯底晶格失配帶來(lái)的應(yīng)變,改善外延膜質(zhì)量,實(shí)現(xiàn)Si襯底上單晶ZnO的生長(zhǎng).關(guān)鍵詞:ZnO/SiC/Si;盧瑟福背散射/溝道;高分辨X射線衍射;結(jié)構(gòu)性質(zhì)PACC:6855;6110M;7920N中圖分類號(hào):O48415文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):025324177(2006)0821386205轉(zhuǎn),有更小的顆粒,更好的表面平整度和結(jié)晶品質(zhì),1引言在ScAlMgO4襯底上4
3、00℃的生長(zhǎng)溫度已經(jīng)可以得[3]到質(zhì)量很好的外延膜.為了便于光電集成,也使用由于短波長(zhǎng)光電器件以及高頻大功率電子器件GaAs,6H2SiC,Si等材料作為ZnO的襯底.由于晶的需要,以SiC,GaN和ZnO為代表的寬禁帶半導(dǎo)格失配較大及直接生長(zhǎng)時(shí)的氧化反應(yīng),GaAs襯底[10]體材料引起了人們極大的關(guān)注,尤其是ZnO以其的ZnO薄膜一般是多晶.6H2SiC與ZnO晶格失較高的激子結(jié)合能(60meV)使得室溫或更高溫度配較小,且SiC也是寬禁帶材料,可以制備成異質(zhì)結(jié)[1]下藍(lán)光及紫外光區(qū)的光電應(yīng)用成為可能.半導(dǎo)體以實(shí)現(xiàn)光電應(yīng)用,但由于6H2SiC的
4、雙分子層結(jié)構(gòu),[11]材料的研究歷史表明擁有高載流子遷移率和低剩余外延膜中會(huì)出現(xiàn)堆垛失配界面(SMBs).除光電載流子濃度是外延膜實(shí)現(xiàn)應(yīng)用的起點(diǎn),而外延膜的集成外,Si襯底的優(yōu)勢(shì)還在于其成熟的工藝及低廉物理性質(zhì)依賴于生長(zhǎng)的質(zhì)量,所以不斷優(yōu)化ZnO的的成本,但是由于在ZnO成長(zhǎng)過(guò)程中的成核階段,生長(zhǎng)過(guò)程成為研究的熱點(diǎn).因此人們嘗試了脈沖激Si表面很容易被氧化,致使生成非晶的SiOx層,所[2]光沉積(PLD)、激光輔助分子束外延(L2以直接在Si上生長(zhǎng)的ZnO多為非晶或是多晶,一[3,4][5][12][4]MBE)、等離子體輔助分子束外延(rf2
5、MBE)、般利用GaN,ZnS等緩沖層提高外延膜的晶體[6][7]分子束外延(MBE)、化學(xué)氣相沉積(CVD)和金質(zhì)量.同時(shí)也有人進(jìn)行了在非晶襯底上生長(zhǎng)單晶[8][7]屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)等多種方法進(jìn)行ZnO的嘗試.外延膜的生長(zhǎng).同時(shí),綜合晶格失配、熱失配、熱導(dǎo)本文以3C2SiC為緩沖層,在Si(111)襯底上生率、穩(wěn)定性及成本等考慮,采用了Al2O3,ScAl2長(zhǎng)ZnO,并與Si(111),Si(100)襯底直接生長(zhǎng)的ZnOMgO4,GaAs,SiC,Si等不同襯底.由于Al2O3作為外延膜做了結(jié)構(gòu)性質(zhì)的比較研究.GaN襯底取得的巨
6、大成功,使其亦被廣泛用于ZnO[6,8]的外延生長(zhǎng)中,但其與ZnO的晶格失配較大,2實(shí)驗(yàn)界面區(qū)域會(huì)形成高密度缺陷,所以為了改善外延膜[9][5]質(zhì)量及控制極性,采用了MgO,AlN緩沖層等ZnO薄膜樣品是在自行設(shè)計(jì)組裝的具有高低[13]技術(shù).ScAlMgO4是與ZnO晶格匹配極好的襯底溫雙反應(yīng)室的MOCVD系統(tǒng)中制備而得的.襯底(Δa/a=0109%),熱膨脹系數(shù)也很接近,以其為襯的清洗采用常規(guī)的硅基片清洗工藝,用SiH4和底得到了物理性質(zhì)很好的ZnO薄膜.相比于生長(zhǎng)在C3H8作為SiC緩沖層的反應(yīng)源,高純H2作為載Al2O3襯底上的ZnO,該薄
7、膜沒(méi)有(0001)面內(nèi)的旋氣,生長(zhǎng)溫度為1050℃,生長(zhǎng)速率為200nm/h.制備3國(guó)家自然科學(xué)基金(批準(zhǔn)號(hào):10375004,90201038,50472009)和中國(guó)比利時(shí)科技合作(批準(zhǔn)號(hào):BIL04/05)資助項(xiàng)目?通信作者.Email:sdyao@pku.edu.cn2005212229收到,2006203201定稿○c2006中國(guó)電子學(xué)會(huì)第8期王坤等:Si襯底上ZnO外延膜結(jié)構(gòu)性質(zhì)的比較1387ZnO時(shí),DEZn和CO2作為反應(yīng)源,高純N2氣作為載氣,生長(zhǎng)溫度為600℃,生長(zhǎng)速率為300nm/h.樣品A以Si(111)為襯底,制備時(shí)先在
8、SiC的反應(yīng)室中生長(zhǎng)SiC薄膜20min,然后將基片送入ZnO反應(yīng)室,繼續(xù)外延生長(zhǎng)ZnO薄膜30min.無(wú)SiC緩沖層的樣品B,C分別以
