[发明专利]一种在铝酸镁衬底上制备高质量ZnO单晶薄膜的方法

摘要

本发明公开了一种在铝酸镁衬底上制备高质量ZnO单晶薄膜的方法，其步骤为：对铝酸镁(111)衬底表面在低温下进行氧等离子体预处理，形成氧终止的表面；然后在超高真空下，低温沉积金属镁薄层，再升高衬底温度对镁超薄层进行退火处理，让镁原子与铝酸镁(111)衬底上的氧原子成键、迁移、脱附，最后获得表面富镁的极薄氧化镁吸附层，为外延生长氧极性ZnO提供一个均匀的形核层，然后通过二步生长法制备得到单一氧极性的原子级光滑的高质量ZnO薄膜。本发明所制备的ZnO单晶薄膜表面具有非常清晰的生长台阶，在1×1m²范围内的表面粗糙度都在1nm以下，适用于高性能光电子器件如紫外探测器等的制作。

主权项

1.一种在铝酸镁衬底上高质量ZnO单晶薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)采用公知的方法对市售铝酸镁(111)衬底背面进行镀钼、清洗，然后将衬底导入分子束外延生长系统；2)在20～200℃低温下进行30分钟左右的射频氧等离子体处理，射频功率为300～450W，氧气流量为1～3sccm，以得到氧终止的铝酸镁(111)衬底；3)在气压＜1×10-6Pa及衬底温度介于20～200℃之间沉积金属镁，以获得3～5nm厚的薄层；4)在200～500℃下退火，让镁原子与铝酸镁(111)衬底表面的氧结合、迁移、脱附，最后获得极薄的表面富镁的均匀氧化镁层，为外延生长ZnO提供一个非常理想的形核层；5)温度在200～500℃之间沉积厚度为10～30nm的ZnO缓冲层，通过公知的手段将生长时氧、锌束流调整至接近理想配比而稍稍富锌的范围，可得到氧极性ZnO；6)在700～800℃温度、氧气氛下退火，退火时间为10～30分钟；7)在500～700℃进行外延层的生长，通过公知的手段将生长时氧、锌束流调整至接近理想配比而稍稍富锌的范围；ZnO薄膜生长结束后，在700～800℃温度、氧气氛下进行退火，退火时间为10～30分钟。