專利名稱：在γ－LiAlO的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高質(zhì)量ZnO薄膜，特別是一種在γ-LiAlO2襯底上制備ZnO單晶薄膜的方法。
背景技術(shù)：
近年來，藍(lán)綠光發(fā)光二極管、激光器及其相關(guān)器件以其潛在的巨大應(yīng)用市場(chǎng)成為研究熱點(diǎn)，其中以GaN系列材料的研究最為突出。目前，GaN藍(lán)綠光LED已實(shí)現(xiàn)商品化。1997年，Nichia公司利用GaN研制的藍(lán)光LD連續(xù)工作的壽命已超過10000小時(shí)。相比而言，ZnO材料的研究則沒有受到足夠的重視。實(shí)際上，ZnO不但和GaN具有相近的晶格特性和電學(xué)特性，而且它具有更高的熔點(diǎn)、激子束縛能和良好的機(jī)電耦合性。此外，ZnO比GaN的成本低、外延生長溫度低，因而顯示出更好的發(fā)展前景。但是，以往對(duì)ZnO的研究和利用主要是其壓電特性。近期，ZnO光泵浦紫外激光的獲得和自形成諧振腔的發(fā)現(xiàn)掀起了人們對(duì)其研究熱情。不僅如此，Minegishi等人利用氮作摻雜劑實(shí)現(xiàn)了ZnO薄膜的低濃度P型摻雜，(參見Jpn.J.Appl.Phys.，1998，372923)，加速了ZnO的實(shí)際應(yīng)用。
鋁酸鋰(γ-LiAlO2)是一種新型的GaN基襯底材料，目前已成功的在γ-LiAlO2(100)面上獲得了無內(nèi)建電場(chǎng)的M面GaN薄膜，可以大幅度提高器件的發(fā)光效率(參見Nature.，2000，406865)。ZnO和GaN具有相同的晶體結(jié)構(gòu)，并且與四方相γ-LiAlO2的晶格失配率僅2.6％，所以極可能在γ-LiAlO2晶片上獲得高質(zhì)量的ZnO薄膜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是如何獲得高質(zhì)量的ZnO薄膜，本發(fā)明提供一種在γ-LiAlO2襯底上制備ZnO單晶薄膜的方法，本發(fā)明的方法是采用脈沖激光沉積(PLDpulsed laser deposition)法，將KrF準(zhǔn)分子激光器，通過透鏡將能量密度聚光后，經(jīng)光學(xué)窗口照射到裝置內(nèi)的ZnO靶材，使表層分子熔蒸出來，淀積到具有一定溫度的γ-LiAlO2襯底上制備ZnO單晶薄膜的方法。
本發(fā)明具體技術(shù)方案如下一種在γ-LiAlO2單晶襯底上制備ZnO單晶薄膜的方法，包括如下具體步驟<1>將清洗的雙面拋光或單面拋光的γ-LiAlO2襯底及純度優(yōu)于99.99％的ZnO單晶或多晶靶材送入脈沖激光淀積系統(tǒng)；<2>將腔內(nèi)抽成高真空，真空度≥0.1pa，然后充入流動(dòng)高純氧氣，其氣壓≥100mTorr；<3>對(duì)襯底進(jìn)行加熱，升溫至400～650℃，KrF準(zhǔn)分子激光通過透鏡聚光，經(jīng)光學(xué)窗口照射到裝置內(nèi)的ZnO靶材上，靶材表層分子熔蒸后淀積在γ-LiAlO2單晶襯底上成膜，緩慢降溫后即可得到ZnO單晶薄膜。
本發(fā)明突破了在失配率高達(dá)18％的常規(guī)藍(lán)寶石上生長ZnO薄膜的慣例，用脈沖激光法在失配率僅2.6％的γ-LiAlO2襯底上獲得了高質(zhì)量ZnO薄膜。


圖1是脈沖激光沉積系統(tǒng)的示意圖。
圖2 ZnO薄膜的XRD圖譜，襯底溫度分別是(a)400℃；(b)450-650℃和(c)700℃。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明方法所使用的脈沖激光沉積法制備ZnO單晶薄膜的裝置示意圖見圖1，本發(fā)明的在γ-LiAlO2襯底上制備ZnO單晶薄膜的方法，具體工藝流程如下于包括如下具體步驟<1>將清洗的雙面拋光或單面拋光的γ-LiAlO2襯底及純度優(yōu)于99.99％的ZnO單晶或多晶靶材送入脈沖激光淀積系統(tǒng)；<2>將腔內(nèi)抽成高真空，真空度≥0.1pa，然后充入流動(dòng)高純氧氣，其氣壓≥100mTorr；<3>對(duì)襯底進(jìn)行加熱，升溫至400～650℃，KrF準(zhǔn)分子激光通過透鏡聚光，經(jīng)光學(xué)窗口照射到裝置內(nèi)的ZnO靶材上，靶材表層分子熔蒸后淀積在γ-LiAlO2單晶襯底上成膜，緩慢降溫后即可得到ZnO單晶薄膜。
對(duì)比例1用上述的脈沖激光沉積(PLD)實(shí)驗(yàn)裝置和具體的工藝流程在γ-LiAlO2上制備ZnO單晶薄膜。
<1>將尺寸為10×10×1mm雙面拋光的γ-LiAlO2單晶襯底，依次使用丙酮、乙醇和去離子水超聲波各清洗10min，然后將清洗后的晶片和高純ZnO(≥99.99％)靶材送入脈沖激光淀積系統(tǒng)；<2>將腔內(nèi)抽成高真空(真空度≥0.1Pa)，然后充入流動(dòng)氧氣保持壓力為150mTorr；<3>對(duì)襯底進(jìn)行加熱，升溫至400℃，將脈寬25ns的KrF準(zhǔn)分子激光器通過透鏡以7J/cm2的能量密度聚光，經(jīng)光學(xué)窗口照射到裝置內(nèi)的ZnO靶材，靶材表層分子熔蒸后在γ-LiAlO2襯底上淀積成膜，緩慢降溫后得到ZnO薄膜，薄膜沒有擇優(yōu)取向。如圖2(a)所示。
實(shí)施例1具體的裝置和工藝如對(duì)比例1，只是將襯底的溫度升高至450℃鍍膜，緩慢降溫至室溫，可以得到高度擇優(yōu)取向的ZnO薄膜。如圖2(b)所示。
實(shí)施例2具體的裝置和工藝如對(duì)比例1，只是將襯底的溫度升高至500℃鍍膜，緩慢降溫至室溫，可以得到高度擇優(yōu)取向的ZnO薄膜。如圖2(b)所示。
實(shí)施例3具體的裝置和工藝如對(duì)比例1，只是將襯底的溫度升高至650℃鍍膜，緩慢降溫至室溫，可以得到高度擇優(yōu)取向的ZnO薄膜。如圖2(b)所示。
對(duì)比例2具體的裝置和工藝如對(duì)比例1，只是將襯底的溫度升高至700℃鍍膜，緩慢降溫至室溫，ZnO薄膜取向雜亂。如圖2(c)所示。
經(jīng)測(cè)試表明當(dāng)襯底溫度為550℃時(shí)，得到了高度擇優(yōu)取向的ZnO單晶薄膜。本方法可以得到質(zhì)量優(yōu)異的ZnO單晶薄膜，方法簡單、成本較低，有廣闊的應(yīng)用前景和市場(chǎng)潛力。
權(quán)利要求
1.一種在γ-LiAlO2單晶襯底上制備ZnO單晶薄膜的方法，其特征在于包括如下具體步驟<1>將清洗的雙面拋光或單面拋光的γ-LiAlO2襯底及純度優(yōu)于99.99％的ZnO單晶或多晶靶材送入脈沖激光淀積系統(tǒng)；<2>將腔內(nèi)抽成高真空，真空度≥0.1pa，然后充入流動(dòng)高純氧氣，其氣壓≥100mTorr；<3>對(duì)襯底進(jìn)行加熱，升溫至400～650℃，KrF準(zhǔn)分子激光通過透鏡聚光，經(jīng)光學(xué)窗口照射到裝置內(nèi)的ZnO靶材上，靶材表層分子熔蒸后淀積在γ-LiAlO2單晶襯底上成膜，緩慢降溫后即可得到ZnO單晶薄膜。
全文摘要
一種在γ－LiAlO
文檔編號(hào)H01L21/203GK1635191SQ20041008440
公開日2005年7月6日 申請(qǐng)日期2004年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月22日
發(fā)明者鄒軍, 周圣明, 徐軍, 夏長泰, 蘇鳳蓮, 李抒智, 彭觀良, 王銀珍, 劉世良 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所