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《Si衬底上ZnO外延膜结构性质的比较》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第27卷第8期半导体学报Vol.27No.82006年8月CHINESEJOURNALOFSEMICONDUCTORSAug.,20063Si衬底上ZnO外延膜结构性质的比较11,•122王坤姚淑德丁志博朱俊杰傅竹西(1北京大学物理学院,北京100871)(2中国科学技术大学物理系,合肥230026)摘要:采用连通式双反应室高温MOCVD系统在Si衬底上外延ZnO薄膜,通过卢瑟福背散射/沟道(RBS/C)及高分辨X射线衍射(HR2XRD)技术对不同衬底条件的ZnO外延膜进行了组分及结构分析,结果表明在采用SiC缓冲层后,Si(111)衬底上ZnO
2、(0002)面衍射峰半高宽明显减小,缺陷密度降低,单晶质量显著变好,c轴方向应变由0149%变为-0116%,即由拉应变变为压应变且应变值变小,说明SiC缓冲层可以有效地减小ZnO与Si衬底晶格失配带来的应变,改善外延膜质量,实现Si衬底上单晶ZnO的生长.关键词:ZnO/SiC/Si;卢瑟福背散射/沟道;高分辨X射线衍射;结构性质PACC:6855;6110M;7920N中图分类号:O48415文献标识码:A文章编号:025324177(2006)0821386205转,有更小的颗粒,更好的表面平整度和结晶品质,1引言在ScAlMgO4衬底上4
3、00℃的生长温度已经可以得[3]到质量很好的外延膜.为了便于光电集成,也使用由于短波长光电器件以及高频大功率电子器件GaAs,6H2SiC,Si等材料作为ZnO的衬底.由于晶的需要,以SiC,GaN和ZnO为代表的宽禁带半导格失配较大及直接生长时的氧化反应,GaAs衬底[10]体材料引起了人们极大的关注,尤其是ZnO以其的ZnO薄膜一般是多晶.6H2SiC与ZnO晶格失较高的激子结合能(60meV)使得室温或更高温度配较小,且SiC也是宽禁带材料,可以制备成异质结[1]下蓝光及紫外光区的光电应用成为可能.半导体以实现光电应用,但由于6H2SiC的
4、双分子层结构,[11]材料的研究历史表明拥有高载流子迁移率和低剩余外延膜中会出现堆垛失配界面(SMBs).除光电载流子浓度是外延膜实现应用的起点,而外延膜的集成外,Si衬底的优势还在于其成熟的工艺及低廉物理性质依赖于生长的质量,所以不断优化ZnO的的成本,但是由于在ZnO成长过程中的成核阶段,生长过程成为研究的热点.因此人们尝试了脉冲激Si表面很容易被氧化,致使生成非晶的SiOx层,所[2]光沉积(PLD)、激光辅助分子束外延(L2以直接在Si上生长的ZnO多为非晶或是多晶,一[3,4][5][12][4]MBE)、等离子体辅助分子束外延(rf2
5、MBE)、般利用GaN,ZnS等缓冲层提高外延膜的晶体[6][7]分子束外延(MBE)、化学气相沉积(CVD)和金质量.同时也有人进行了在非晶衬底上生长单晶[8][7]属有机化学气相沉积(MOCVD)等多种方法进行ZnO的尝试.外延膜的生长.同时,综合晶格失配、热失配、热导本文以3C2SiC为缓冲层,在Si(111)衬底上生率、稳定性及成本等考虑,采用了Al2O3,ScAl2长ZnO,并与Si(111),Si(100)衬底直接生长的ZnOMgO4,GaAs,SiC,Si等不同衬底.由于Al2O3作为外延膜做了结构性质的比较研究.GaN衬底取得的巨
6、大成功,使其亦被广泛用于ZnO[6,8]的外延生长中,但其与ZnO的晶格失配较大,2实验界面区域会形成高密度缺陷,所以为了改善外延膜[9][5]质量及控制极性,采用了MgO,AlN缓冲层等ZnO薄膜样品是在自行设计组装的具有高低[13]技术.ScAlMgO4是与ZnO晶格匹配极好的衬底温双反应室的MOCVD系统中制备而得的.衬底(Δa/a=0109%),热膨胀系数也很接近,以其为衬的清洗采用常规的硅基片清洗工艺,用SiH4和底得到了物理性质很好的ZnO薄膜.相比于生长在C3H8作为SiC缓冲层的反应源,高纯H2作为载Al2O3衬底上的ZnO,该薄
7、膜没有(0001)面内的旋气,生长温度为1050℃,生长速率为200nm/h.制备3国家自然科学基金(批准号:10375004,90201038,50472009)和中国比利时科技合作(批准号:BIL04/05)资助项目•通信作者.Email:sdyao@pku.edu.cn2005212229收到,2006203201定稿○c2006中国电子学会第8期王坤等:Si衬底上ZnO外延膜结构性质的比较1387ZnO时,DEZn和CO2作为反应源,高纯N2气作为载气,生长温度为600℃,生长速率为300nm/h.样品A以Si(111)为衬底,制备时先在
8、SiC的反应室中生长SiC薄膜20min,然后将基片送入ZnO反应室,继续外延生长ZnO薄膜30min.无SiC缓冲层的样品B,C分别以
