專利名稱：采用金屬源化學氣相沉積技術制備極性可控氧化鋅的方法
技術領域：
本發明涉及極性材料的極性控制生長，具體涉及一種采用金屬源化學氣相沉積 (MVPE)技術制備極性可控氧化鋅的方法。
背景技術：
氧化鋅是一種極性半導體，其極性面分別是(0001)和(000-1)，前者也稱鋅面或 +c面，后者也稱氧面或-C面。極性半導體的外延層如果沿著不同的極性方向生長，得到的材料性質，特別是表面性質往往有很大的不同。目前氧化鋅異質外延的極性控制主要是在MBE上通過襯底預處理或緩沖層實現的，而很少有關于化學氣相沉積法生長極性可控氧化鋅的報道。
發明內容
(一 )要解決的技術問題有鑒于此，本發明的主要目的是提供一種采用MVPE技術制備極性可控氧化鋅的方法。( 二 )技術方案為達到上述目的，本發明提供了一種采用金屬源化學氣相沉積技術制備極性可控氧化鋅的方法，包括在C-面藍寶石襯底上生長一層氧化鋅膜；對生長有氧化鋅膜的藍寶石襯底進行降溫；去掉藍寶石襯底上生長的氧化鋅膜；以及在C-面藍寶石襯底上進行第二次生長一層氧化鋅膜；其中，在降溫過程中進行原位退火處理得到的是鋅極性，進行直接快速降溫得到的是氧極性。上述方案中，所述在C-面藍寶石襯底上生長一層氧化鋅膜，包括生長時，襯底溫度為795°C，鋅舟溫度為720°C，H2O鼓泡瓶溫度50°C ；生長開始時，Zn比H2O先通入30秒； 氣體流量為 和H2O載氣分別為0. 4和3L/min，總流量9. 4L/min ；在該條件下，生長速率約為 120-140 μ m/ho上述方案中，所述對生長有氧化鋅膜的藍寶石襯底進行降溫時采用原位退火處理，包括在第一次生長氧化鋅膜3分鐘后進行原位退火，在810-815°C退火10分鐘，冷卻后取出。上述方案中，所述對生長有氧化鋅膜的藍寶石襯底進行降溫時采用直接快速降溫，包括在第一次生長氧化鋅膜后，采用速率為7°C /min進行直接快速降溫，冷卻后取出。上述方案中，所述去掉藍寶石襯底上生長的氧化鋅膜，是采用酸或堿腐蝕掉藍寶石襯底上的氧化鋅膜。上述方案中，所述去掉藍寶石襯底上生長的氧化鋅膜，是采用H2進行原位刻蝕掉氧化鋅膜。(三)有益效果本發明提供的采用金屬源化學氣相沉積技術制備極性可控氧化鋅的方法，不需要插入緩沖層，不需要對襯底進行特別的預處理，操作簡便，重復性好。
圖1是本發明提供的采用金屬源化學氣相沉積技術制備極性可控氧化鋅的方法流程圖。圖2是依照本發明實施例A樣品的表面形貌圖。圖3是依照本發明實施例B樣品的表面形貌圖。圖4是依照本發明實施例A樣品經過HCl腐蝕后的掃描電鏡圖。圖5是依照本發明實施例B樣品經過HCl腐蝕后的掃描電鏡圖。
具體實施例方式為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發明進一步詳細說明。圖1是本發明提供的采用金屬源化學氣相沉積技術制備極性可控氧化鋅的方法流程圖，該方法采用二次生長法來有效控制c面藍寶石上生長氧化鋅的極性，具體包括以下步驟在C-面藍寶石襯底上生長一層氧化鋅膜；對生長有氧化鋅膜的藍寶石襯底進行降溫；去掉藍寶石襯底上生長的氧化鋅膜；以及在C-面藍寶石襯底上進行第二次生長一層氧化鋅膜。其中，在降溫過程中進行原位退火處理得到的是鋅極性，進行直接快速降溫得到的是氧極性。實施例首先清洗C-面藍寶石襯底，具體包括將C-面藍寶石襯底依次分別浸入純的 HNO3> RCA 一號液(體積比為5 1 1的H2O H2O2 氨水)和RCA 二號液(體積比為 6:1: 1的吐0 H2O2 HCl)三者中進行煮沸，然后用去離子水清洗，甩干，裝入生長室。然后在C-面藍寶石襯底表面第一次生長氧化鋅膜。生長時，襯底溫度為795°C，鋅舟溫度為720°C，H2O鼓泡瓶溫度50°C。生長開始時，Zn比H2O先通入30秒。氣體流量為Zn 和H2O載氣分別為0. 4和3L/min，總流量9. 4L/min。在該條件下，生長速率約為120-140 μ m/ h (微米每小時)。在第一次生長氧化鋅膜:3min后，進行原位退火(810_815°C退火IOmin)，降溫冷卻后取出，呈現多晶形貌圖(見圖加)。該樣品稱為A樣品。對A樣品用前面提到的襯底清洗方法再清洗一遍，這個過程中氧化鋅將被HNO3溶解去除。然后將該襯底裝入反應室進行二次生長。生長條件如前所述，時間為5min，厚度約為10-12 μ m(微米)。二次生長后的A樣品的形貌圖見圖2b，表面相當平整和光滑，分布著六角形臺面，六角形生長螺旋和小坑。如圖2所示，圖加是在藍寶石襯底上一次生長的氧化鋅；圖2b是在一次生長后， 先進行原位退火(退火溫度810-815°C，退火IOmin)，再降溫冷卻后將氧化鋅清洗掉再進行二次生長的氧化鋅。或者，在第一次生長氧化鋅膜后，直接快速降溫(速率約為rc /min)，冷卻后取出，也得到不規則排列的多晶形貌圖(見圖3a)。該樣品稱為B樣品。對B樣品用前面提到的襯底清洗方法再清洗一遍，這個過程中氧化鋅將被HNO3溶解去除。然后將該襯底裝入反應室進行二次生長。生長條件如前所述，時間為5min，厚度約為10-12μπι(微米)。二次生長后的B樣品的形貌圖見圖北，表面不是很平整，而是被六角形金字塔狀的小丘覆蓋，并且有尖頂和平頂兩種形態。如圖3所示，圖3a是在藍寶石襯底上一次生長的氧化鋅，圖北是在一次生長后， 直接快速降溫(速率約為7°C /min)，再降溫冷卻后將氧化鋅清洗掉再進行二次生長的氧化鋅。下面通過體積比為1 100的HCl H2O在室溫下腐蝕樣品來進行極性的確認。圖4和圖5分別是樣品A和樣品B用HCl腐蝕后的形貌。從圖4可見，樣品A的經過酸的腐蝕，形貌改變不大，原來的臺階依然可見，只是出現了許多倒金字塔形腐蝕坑， 為明顯的鋅極性(Si-polar)表面形貌。圖5中可見，樣品B的表面變得粗糙，表面上布滿很小的六角錐形顆粒，和經過HCl腐蝕的MBE生長的氧極性(Ο-poiar)樣品很相似。圖4是依照本發明實施例A樣品經過HCl腐蝕后的掃描電鏡圖。其中，圖如是腐蝕時間60s，標尺為10 μ m(微米)；圖4b是腐蝕aiiin，標尺為1(^!11(微米)。圖fe是腐蝕時間60s，標尺為2(^!11(微米)；圖恥是腐蝕時間aiiin，標尺為20 μ m(微米)；圖5c是圖 5b的放大圖，標尺為5 μ m(微米)。如圖2和圖4所示，圖加是在藍寶石襯底上一次生長的氧化鋅；圖2b是在一次生長后，先進行原位退火(退火溫度810-815°C，退火lOmin)，再降溫冷卻后將氧化鋅清洗掉再進行二次生長的氧化鋅。圖4為圖2所示二次生長的氧化鋅用HCl腐蝕后的表面形貌， 表現為鋅極性(Si-polar)。如圖3和圖5所示，圖3a是在藍寶石襯底上一次生長的氧化鋅，圖北是在一次生長后，直接快速降溫(速率約為7。C /min)，再降溫冷卻后將氧化鋅清洗掉再進行二次生長的氧化鋅。圖5為圖3中所示二次生長后的氧化鋅用HCl腐蝕后的表面形貌，表現為氧極性(Ο-polar)。以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，并不用于限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種采用金屬源化學氣相沉積技術制備極性可控氧化鋅的方法，其特征在于，包括在C-面藍寶石襯底上生長一層氧化鋅膜； 對生長有氧化鋅膜的藍寶石襯底進行降溫； 去掉藍寶石襯底上生長的氧化鋅膜；以及在C-面藍寶石襯底上進行第二次生長一層氧化鋅膜；其中，在降溫過程中進行原位退火處理得到的是鋅極性，進行直接快速降溫得到的是氧極性。
2.根據權利要求1所述的采用金屬源化學氣相沉積技術制備極性可控氧化鋅的方法， 其特征在于，所述在C-面藍寶石襯底上生長一層氧化鋅膜，包括生長時，襯底溫度為795°C，鋅舟溫度為720°C，H20鼓泡瓶溫度50°C ；生長開始時，Si比 H2O先通入30秒；氣體流量為 和H2O載氣分別為0. 4和3L/min，總流量9. 4L/min ；在該條件下，生長速率約為120-140 μ m/h。
3.根據權利要求1所述的采用金屬源化學氣相沉積技術制備極性可控氧化鋅的方法， 其特征在于，所述對生長有氧化鋅膜的藍寶石襯底進行降溫時采用原位退火處理，包括在第一次生長氧化鋅膜3分鐘后進行原位退火，在810-815°C退火10分鐘，冷卻后取出ο
4.根據權利要求1所述的采用金屬源化學氣相沉積技術制備極性可控氧化鋅的方法， 其特征在于，所述對生長有氧化鋅膜的藍寶石襯底進行降溫時采用直接快速降溫，包括在第一次生長氧化鋅膜后，采用速率為7°C /min進行直接快速降溫，冷卻后取出。
5.根據權利要求1所述的采用金屬源化學氣相沉積技術制備極性可控氧化鋅的方法， 其特征在于，所述去掉藍寶石襯底上生長的氧化鋅膜，是采用酸或堿腐蝕掉藍寶石襯底上的氧化鋅膜。
6.根據權利要求1所述的采用金屬源化學氣相沉積技術制備極性可控氧化鋅的方法， 其特征在于，所述去掉藍寶石襯底上生長的氧化鋅膜，是采用H2進行原位刻蝕掉氧化鋅膜。
全文摘要
本發明公開了一種采用金屬源化學氣相沉積技術制備極性可控氧化鋅的方法，包括在c-面藍寶石襯底上生長一層氧化鋅膜；對生長有氧化鋅膜的藍寶石襯底進行降溫；去掉藍寶石襯底上生長的氧化鋅膜；以及在c-面藍寶石襯底上進行第二次生長一層氧化鋅膜；其中，在降溫過程中進行原位退火處理得到的是鋅極性，進行直接快速降溫得到的是氧極性。本發明的優點是不需要插入緩沖層，不需要對襯底進行特別的預處理，操作簡便，重復性好。
文檔編號C30B25/02GK102181921SQ201110093370
公開日2011年9月14日 申請日期2011年4月14日 優先權日2011年4月14日
發明者崔軍朋, 曾一平, 段垚, 王曉峰 申請人:中國科學院半導體研究所