CN100415932C - 利用缓冲层在硅衬底上生长氧化锌薄膜的方法 - Google Patents
利用缓冲层在硅衬底上生长氧化锌薄膜的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN100415932C CN100415932C CNB2005100627447A CN200510062744A CN100415932C CN 100415932 C CN100415932 C CN 100415932C CN B2005100627447 A CNB2005100627447 A CN B2005100627447A CN 200510062744 A CN200510062744 A CN 200510062744A CN 100415932 C CN100415932 C CN 100415932C
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- oxide film
- zinc oxide
- silicon substrate
- temperature
- zinc
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 132
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 title claims abstract description 65
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims abstract description 33
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 22
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 21
- 239000010703 silicon Substances 0.000 title claims abstract description 21
- 239000010409 thin film Substances 0.000 title abstract description 11
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 16
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 5
- 238000002128 reflection high energy electron diffraction Methods 0.000 claims description 5
- 229960001296 zinc oxide Drugs 0.000 claims 8
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 claims 2
- 239000010408 film Substances 0.000 abstract description 38
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 238000000151 deposition Methods 0.000 abstract 1
- 150000002902 organometallic compounds Chemical class 0.000 abstract 1
- 239000012808 vapor phase Substances 0.000 abstract 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 4
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 2
- 150000003346 selenoethers Chemical class 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
本发明一种利用缓冲层在硅衬底上生长氧化锌薄膜的方法，其特征包括如下步骤：步骤1：选取一衬底；步骤2：在衬底(001)晶面上采用金属有机物化学气相沉积的方法高温生长氧化铝薄膜；步骤3：在氧化铝薄膜上低温生长氧化锌薄膜。
Description
技术领域
本发明属于半导体技术领域，特别指低温条件下，在硅衬底上，使用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)的方法生长出高晶体质量氧化锌晶体薄膜的方法。
背景技术
II-VI族化合物半导体氧化锌(ZnO)作为第三代半导体材料的代表，因其具有独特的物理、化学和光学性能，正受到人们越来越广泛的关注和研究。ZnO具有宽的带隙、很高的化学温度性和热温度性，在大气中不易被氧化，与III-V族氮化物和II-VI族硒化物相比，其材料的稳定性是其它材料所无法比拟的。高达60meV的束缚激子能再加上量子限制效应，使得此种材料制成的紫外二极管或紫外激光器的潜在应用价值很大。在室温下观察到用光泵激发的受激发射使人们对ZnO的研究兴趣更浓厚。虽然生长更高质量的ZnO还有待进一步研究，但其作为继III-V氮化物和II-VI族的硒化物之后又一新的宽禁带半导体激光器材料已经显示出其独特的优越性。目前人们对ZnO的研究还处于开始阶段，ZnO主要还是在衬底蓝宝石(0001)，硅(111)，(100)晶面上进行外延生长。尽管MOCVD技术能够制备高质量、大面积、均匀的外延或多晶薄膜，但是利用MOCVD工艺，在硅衬底上直接生长ZnO是非常困难的，所以沉积一层A12O3薄膜作为缓冲(buffer)层对在硅衬底上生长ZnO薄膜有很大好处，这可以从生长结果得知。同时由于实验室中使用的氧极易氧化有机源，此外精确控制氧的流速也不是一件容易的事。因为上述困难加上对ZnO的认识还不够深入，得到的大多还只都是多晶的ZnO外延膜。随着生长条件的优化，ZnO外延薄膜的晶体质量得到逐步提高，但总的来说，目前ZnO的单晶质量离器件制作的要求还有一定距离，还需要得到进一步的提高和完善。
本发明以前的ZnO外延生长方法大多采用磁控溅射等方法生长ZnO或MBE方法在蓝宝石衬底上直接外延生长ZnO，很少在Si衬底上生长出较好的ZnO外延薄膜。同时因为ZnO易蒸发，在生长过程中对表面的平衡气压要求比较高，存在生长条件的优化和控制问题，影响到薄膜生长的均匀性。由于目前在ZnO生长过程中存在的这些问题，使得ZnO的外延膜质量不是很高，还达不到器件制作的要求。本发明具有工艺简单，成本低等优点，适合工业化生产。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用缓冲层在硅衬底上生长氧化锌薄膜的方法，该方法是在衬底硅(001)晶面上采用金属有机物化学气向沉积(MOCVD)的方法首先生长一层氧化铝薄膜，然后在氧化铝薄膜上生长氧化锌薄膜。氧化锌薄膜沉积时衬底温度约300℃，压力约20Torr，生长厚度0.1-0.5μm。同时优化生长条件，如温度、压力的控制，通过这些措施可以有效地提高ZnO外延膜的质量，并提高表面的平整度。
本发明一种利用缓冲层在硅衬底上生长氧化锌薄膜的方法，其特征包括如下步骤：
步骤1：选取一硅衬底；
步骤2：在衬底(001)晶面上采用金属有机物化学气相沉积的方法高温生长氧化铝薄膜，所述高温生长氧化铝薄膜的温度为900-1200℃；
步骤3：在氧化铝薄膜上低温生长氧化锌薄膜，所述低温生长氧化锌薄膜的温度为300-350℃，生长压力20Torr，生长厚度0.1-0.5μm，该氧化锌薄膜表面粗糙度Rms小于1.2nm。
其中氧化锌薄膜的XRD曲线(0002)半峰宽为0.33°。
其中氧化锌薄膜的RHEED图像为规则点带状。
附图说明
为进一步说明本发明的内容，以下结合具体实施方式对本发明作一详细的描述，其中：
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的高质量氧化锌外延膜的表面粗糙度Rms测试结果图；
图3是本发明的高质量氧化锌外延膜的X射线θ-2θ测试结果图；
图4是本发明的高质量氧化锌外延膜的RHEED照片。
具体实施方式
本发明关键在于解决ZnO在硅衬底上生长过程中的晶体质量比较差的问题。由于ZnO与Si衬底有较大的失配，在加上ZnO用MOCVD方法生长条件较难控制，使得ZnO单晶的外延生长比较困难。本发明为了解决外延ZnO在硅衬底上生长的问题，提出了采用在硅上先生长一层氧化铝薄膜，再低温生长ZnO薄膜的解决方案。这样使得相对质量较高的单晶外延ZnO薄膜在低温硅衬底上异质外延生长，同时优化MOCVD的生长条件达到提高外延ZnO薄膜晶体质量的目的。
请参阅图1所示，本发明一种利用缓冲层在硅衬底上生长氧化锌薄膜的方法，包括如下步骤：
步骤1：选取一衬底10，该衬底10为大失配硅衬底；
步骤2：在衬底10(001)晶面上采用金属有机物化学气相沉积的方法高温生长氧化铝薄膜20，所述高温生长氧化铝薄膜20的温度为900-1200℃；
步骤3：在氧化铝薄膜20上低温生长氧化锌薄膜30，所述低温生长氧化锌薄膜30的温度为300-350℃，生长压力20Torr，生长厚度0.1-0.5μm；氧化锌薄膜30表面粗糙度Rms小于1.2nm；氧化锌薄膜30的XRD曲线半峰宽为0.33°；氧化锌薄膜30的RHEED图像为规则点带状。
由以上步骤对样品进行测试分析，用此方法生长的氧化锌为晶体质量较高的氧化锌薄膜，在X射线θ-2θ衍射图谱中只有ZnO(0002)峰存在，曲线半峰宽度为0.33°(图3)，其表面粗糙度Rms小于1.2nm(图2)。氧化锌RHEED照片为规则点带状(图4)。这说明本发明可以大幅度提高ZnO外延膜的表面平整度并在硅衬底上得到高质量的ZnO外延膜。
本发明利用MOCVD技术在Si(100)衬底上低温生长出高质量的ZnO外延膜。使大失配衬底上生长ZnO晶体质量得以提高，而且MOCVD技术适合工业化大批量生产，低温技术可以很好的降低生产成本。
Claims (3)
1. 一种利用缓冲层在硅衬底上生长氧化锌薄膜的方法，其特征包括如下步骤：
步骤1：选取一硅衬底；
步骤2：在衬底(001)晶面上采用金属有机物化学气相沉积的方法高温生长氧化铝薄膜，所述高温生长氧化铝薄膜的温度为900-1200℃；
步骤3：在氧化铝薄膜上低温生长氧化锌薄膜，所述低温生长氧化锌薄膜的温度为300-350℃，生长压力20Torr，生长厚度0.1-0.5μm，该氧化锌薄膜表面粗糙度Rms小于1.2nm。
2. 根据权利要求1所述的利用缓冲层在硅衬底上生长氧化锌薄膜的方法，其特征在于，其中氧化锌薄膜的XRD曲线(0002)半峰宽为0.33°。
3. 根据权利要求1所述的利用缓冲层在硅衬底上生长氧化锌薄膜的方法，其特征在于，其中氧化锌薄膜的RHEED图像为规则点带状。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNB2005100627447A CN100415932C (zh) | 2005-03-28 | 2005-03-28 | 利用缓冲层在硅衬底上生长氧化锌薄膜的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNB2005100627447A CN100415932C (zh) | 2005-03-28 | 2005-03-28 | 利用缓冲层在硅衬底上生长氧化锌薄膜的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN1840733A CN1840733A (zh) | 2006-10-04 |
| CN100415932C true CN100415932C (zh) | 2008-09-03 |
Family
ID=37029923
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CNB2005100627447A Expired - Fee Related CN100415932C (zh) | 2005-03-28 | 2005-03-28 | 利用缓冲层在硅衬底上生长氧化锌薄膜的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN100415932C (zh) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100554504C (zh) * | 2007-03-21 | 2009-10-28 | 中国科学院半导体研究所 | 高纯氧化锌的化学气相沉积装置及其制备方法 |
| CN101494269B (zh) * | 2008-12-18 | 2010-05-12 | 济南大学 | 一种用缓冲层制备氧化锌薄膜的方法 |
| CN117568785A (zh) * | 2022-08-08 | 2024-02-20 | 青岛四方思锐智能技术有限公司 | 一种原子层沉积技术制备抗菌涂层的方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20030015719A1 (en) * | 2001-07-19 | 2003-01-23 | Koichi Haga | Zinc oxide semiconductor member formed on silicon substrate |
| US20030213428A1 (en) * | 2002-05-15 | 2003-11-20 | Rutgers, The State University Of New Jersey | Zinc oxide nanotip and fabricating method thereof |
| CN100349271C (zh) * | 2004-08-23 | 2007-11-14 | 中国科学院半导体研究所 | 在硅衬底上低温生长高结晶质量氧化锌薄膜的方法 |
-
2005
- 2005-03-28 CN CNB2005100627447A patent/CN100415932C/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20030015719A1 (en) * | 2001-07-19 | 2003-01-23 | Koichi Haga | Zinc oxide semiconductor member formed on silicon substrate |
| US20030213428A1 (en) * | 2002-05-15 | 2003-11-20 | Rutgers, The State University Of New Jersey | Zinc oxide nanotip and fabricating method thereof |
| CN100349271C (zh) * | 2004-08-23 | 2007-11-14 | 中国科学院半导体研究所 | 在硅衬底上低温生长高结晶质量氧化锌薄膜的方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 双异质外延SOI材料Si/r-Al2O3/Si的外延生长. 谭利文等.半导体学报，第24卷第12期. 2003 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN1840733A (zh) | 2006-10-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109065438B (zh) | AlN薄膜的制备方法 | |
| CN100505165C (zh) | 一种制备氮化镓单晶衬底的方法 | |
| CN101967680B (zh) | 一种在氧化镁衬底上制备单斜晶型氧化镓单晶薄膜的方法 | |
| CN109103070B (zh) | 基于纳米图形硅衬底制备高质量厚膜AlN的方法 | |
| WO2017121232A1 (zh) | 氮化物底层及其制作方法 | |
| CN105161578B (zh) | Si衬底上GaN薄膜的生长方法及复合GaN薄膜 | |
| CN110911270B (zh) | 一种高质量氧化镓薄膜及其同质外延生长方法 | |
| CN101188195A (zh) | 一种用于释放应力的多孔缓冲层制备方法 | |
| TW201220361A (en) | Epitaxial substrate, semiconductor light-emitting device using such epitaxial substrate and fabrication thereof | |
| CN101320686A (zh) | HVPE方法生长氮化镓膜中的SiO2纳米掩膜及方法 | |
| CN100547735C (zh) | 利用均匀纳米粒子点阵掩模提高厚膜GaN质量的方法 | |
| CN101685768A (zh) | 一种制备自支撑单晶氮化镓衬底的方法 | |
| Zhao et al. | Hydride vapor phase epitaxy of GaN on self-organized patterned graphene masks | |
| CN100415932C (zh) | 利用缓冲层在硅衬底上生长氧化锌薄膜的方法 | |
| CN101235537B (zh) | 制备ZnMgO合金薄膜的方法 | |
| CN100564617C (zh) | 原位腐蚀降低HVPE GaN薄膜位错密度的方法 | |
| CN102903614A (zh) | 制备非极性A面GaN薄膜的方法 | |
| CN100349271C (zh) | 在硅衬底上低温生长高结晶质量氧化锌薄膜的方法 | |
| CN100545314C (zh) | 用于制备高质量氧化锌薄膜的蓝宝石衬底原位处理方法 | |
| CN1599032A (zh) | 利用氢化物汽相外延方法在硅衬底上生长GaN薄膜 | |
| CN1327042C (zh) | 利用氧化锌缓冲层生长单晶氧化锌薄膜的方法 | |
| CN101230487A (zh) | 生长氮化铟单晶薄膜的方法 | |
| CN103151247B (zh) | 一种在r面蓝宝石衬底上制备非极性GaN薄膜方法 | |
| CN115719708A (zh) | Ga2O3薄膜材料及其柔性器件的制备方法 | |
| CN1309020C (zh) | 一种在铝酸镁衬底上制备ZnO单晶薄膜的方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20080903 Termination date: 20120328 |