射頻等離子體輔助分子束外延（rf-MBE）制備高質量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寶石(0001)襯底上制備出高質量的ZnO單晶外延薄膜.研究發(fā)現,用以下三個方案可以在藍寶石(0001)襯底上制備出高質量的ZnO單晶外延薄膜.1.對藍寶石(0001)襯底進行O等離子體預處理之后,沉積一層很薄的金屬Ga浸潤層對襯底原子結構進行修正,然后在該浸潤層上外延ZnO薄膜.實驗發(fā)現,Ga薄層的引入完全抑制了導致ZnO薄膜質量下降的旋轉疇和倒反疇

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)和會聚束電子衍射(CBED)測試表明,該薄膜具有很高的晶體質量和單一Zn極性.該文詳細討論了Ga浸潤層在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,并通過一個雙層Ga原子模型分析了單一Zn極性生長的機理.2.對藍寶石(0001)襯底進行O等離子體預處理之后,先生長MgO緩沖層,再生長ZnO薄膜.RHEED原位觀察和H

3、RXRD測試表明沒有旋轉疇的存在,該薄膜為單一O極性.該文詳細討論了MgO緩沖層在提高ZnO外延薄膜質量以及極性選擇等方面所起的作用.3.對藍寶石(0001)襯底進行N化后,在藍寶石表面生成一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.AlN薄層對ZnO在藍寶石上的外延起到了重要的作用,晶格失配由18.4％(ZnO(0001)和藍寶石(0001)之間)降到4.5%(ZnO(0001)和AlN(000