射頻等離子體輔助分子束外延（rf-MBE）制備高質(zhì)量ZnO薄膜研究.pdf

1、該文的工作主要是利用射頻等離子體輔助分子束外延(rf-MBE)系統(tǒng)研究如何在大失配的藍(lán)寶石(0001)襯底上制備出高質(zhì)量的ZnO單晶外延薄膜.研究發(fā)現(xiàn),用以下三個(gè)方案可以在藍(lán)寶石(0001)襯底上制備出高質(zhì)量的ZnO單晶外延薄膜.1.對(duì)藍(lán)寶石(0001)襯底進(jìn)行O等離子體預(yù)處理之后,沉積一層很薄的金屬Ga浸潤(rùn)層對(duì)襯底原子結(jié)構(gòu)進(jìn)行修正,然后在該浸潤(rùn)層上外延ZnO薄膜.實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),Ga薄層的引入完全抑制了導(dǎo)致ZnO薄膜質(zhì)量下降的旋轉(zhuǎn)疇和倒反疇

2、的形成.反射式高能電子衍射(RHEED)原位觀察以及高分辨X射線衍射(HRXRD)、透射式電子顯微法(TEM)和會(huì)聚束電子衍射(CBED)測(cè)試表明,該薄膜具有很高的晶體質(zhì)量和單一Zn極性.該文詳細(xì)討論了Ga浸潤(rùn)層在ZnO薄膜的極性選擇以及缺陷密度的減少等方面所起的作用,并通過一個(gè)雙層Ga原子模型分析了單一Zn極性生長(zhǎng)的機(jī)理.2.對(duì)藍(lán)寶石(0001)襯底進(jìn)行O等離子體預(yù)處理之后,先生長(zhǎng)MgO緩沖層,再生長(zhǎng)ZnO薄膜.RHEED原位觀察和H

3、RXRD測(cè)試表明沒有旋轉(zhuǎn)疇的存在,該薄膜為單一O極性.該文詳細(xì)討論了MgO緩沖層在提高ZnO外延薄膜質(zhì)量以及極性選擇等方面所起的作用.3.對(duì)藍(lán)寶石(0001)襯底進(jìn)行N化后,在藍(lán)寶石表面生成一AlN薄層之后外延ZnO薄膜.AlN薄層的形成可以從清晰的RHEED圖案得到證實(shí).AlN薄層對(duì)ZnO在藍(lán)寶石上的外延起到了重要的作用,晶格失配由18.4％(ZnO(0001)和藍(lán)寶石(0001)之間)降到4.5%(ZnO(0001)和AlN(000