低能O-%27%2b-离子束辅助PLD法外延生长ZnO薄膜.pdfVIP

低能o+I离子束辅助PLD法外延生长ZnO薄膜毒 杨少延柴春林刘志凯廖梅勇姚振钰秦复光王占国 中国科学院半导体材料科学实验室 北京 100083 舞 要 究．X射线衍射(XRD)结果表明，有低能O+离子束辅助淀积，利用波长为532nm 的结果表明，该膜具有ZnO的化学组成，沿膜纵向的成分分布均匀，Zn／O比接近I， 膜厚约为32rim。本文讨论了低能o+离子束辅助淀积改善PLD法成膜质量的原因。 IWH)4 AES XPS 关键词：ZnO低能O+离子束辅助脉冲激光淀积(IBA．PLD)XRC 一、葡言 ZnO是一种具有广泛应用背景的重要功能材料．可作透明屯极、光波导、气体 传感器及表面声学波器件等I，；近年来，在优质ZnO薄膜中实现了光泵浦下的室温 紫外激射，这将使之成为继II一Ⅵ族硒化物、Ⅲ一V族氮化物之后又一种新型半导体激 光器材科．可望制成潜在应用价值很大的紫外二极管或紫外量子点激光器2)：ZnO还 生长得到结构、性能优良的GaN，特别是得到了高的Hall迁移率”。具有C．轴择优 取向结构是实现ZnO各种重要应用的前提，因此生长具有高度C．轴择优取向的优质 ZnO薄膜．成为近年来光电子、微电子或其他相关领域研究热点”。 脉冲激光淀积(PLD)是常用生长ZnO薄膜方法之一，就PLD而吉，其优点是 工艺简单．重复性好，节约原材料，可实现超薄、低温、优质外延：缺点是薄膜淀 积的质量与生长速率受激光输出波长与输出能量限制。Si具有犬尺寸、价格低、高 质量及工艺成熟等优点，以Si作为ZnO的衬底应用前景晟为看好”。PLD法Si上 nm Nd：YAG 生长ZnO薄膜，多数[作都是采用短波长(如248nmKrF激光、266 太．在其上生长ZnO薄膜都没得到很好结果：不同波长激光会造成ZnO靶村不同程 度分解，致使得到的ZnO膜成分中缺氧，因此常在通有氧气的生长室内进行ZnO薄 ’此项工作属九五期间八六三项目 ．106． 一■一一———飞哥蕊隧“j； rimNd：YAG 膜生长；长波长激光(如532nmNd：YAG激光)虽比短波长徽光(如266 激光)有更大输出功率和淀积速率．但更易造成ZnO靶材的分解．采用氧气补氧对 改善ZnO膜的结晶质量效果不是很好，很少有得到单一取向生长的结果”。本文采用 了一种全新的PLD技术一低能0+离子柬辅助的脉冲激光淀积(IBA-PLD)技术，用 nm的Nd：YAG激光在 氍麓0，离子柬瞢代逼常的氧气(O2)进行补氯．并辅助532 P-Si(111)村底上进行ZnO薄膜生长，采用这种改进的工艺，得到了优质ZnO薄膜． 二、实验： 样品是在我们实验室一台具有质量分离的低能双离子束淀积(Mass·Analyzed- Deposition．即PLD)综合工艺系统上制备的．该系统的结构和功能详见它文”。实 验中采用阻值为7一11n．cm的P．Si(111)作村底．生长前作了有机溶剂清洗和去氧 化层处理：ZnO激光靶材是纯度为99．99％ZnO粉末经高压烧结而成：辅助淀积的高 的超高真空：生长沮度由衬底加热装置根据需要提供；生长过程中．用经二倍频KTP Jtcm2) 晶体倍频出的Nd：YAG脉冲激光(波长为532nm、脉宽20ns、能量密度为5 系统的一个离子束产生的高纯低能柬o+离子(能量为80eV)轰击衬底以进行补氯和 辅助生长。采用XRD和XRC对制备的ZnO薄膜进行结晶情况和c轴取向的测试分