Сборник научных трудов и инженерных разработокИмпульсное лазерное напыление тонких пленок оксида цинка. О.А. Новодворский, Л.С. Горбатенко, О.Д. Храмова, Е.А. Черебыло, В.Я. Панченко Институт Проблем лазерных и Информационных Технологий (ИПЛИТ) РАН Возрастающая необходимость в твердотельных источниках и приемниках света в синей и УФ областях стимулировала в последние годы интенсивное исследование нескольких широкозонных полупроводников, на основе которых могут быть созданы коротковолновые оптические приборы. Основные усилия разработок в этих направлениях сконцентрированы вокруг GaN (ширина запрещенной зоны 3,5 эВ), ZnO(3 4 эВ), ZnSe(2,9 эВ), 6H-SiC(3 эВ). Впечатляющий прогресс достигнут в материалах на основе GaN. На базе GaN и его сплавов созданы светоизлучающие и лазерные диоды в_синей области спектра. С другой стороны ZnO, имеющий близкую к GaN ширину запрещенной зоны, характеризуется рекордной энергией связи экситона (60 мЭв), обладает высокой стойкостью к облучению, податлив к химическому травлению и относительно дешев, что делает его привлекательным для применения в микроэлектронике. Благодаря своим уникальным оптическим, акустическим и электрическим свойствам оксид цинка широко изучался (1). Он нашел применение при изготовлении прозрачных электродов в солнечных элементах, в газовых сенсорах, в варисторах, в устройствах генерации поверхностных акустических волн. Для создания р-n переходов на основе пленок ZnO детально исследованы возможности перспективного современного метода импульсного лазерного напыления для создания тонкопленочных структур. Этот метод выгодно отличается широкими возможностями управления процессом роста, пониженной температурой эпитаксии и упрощенной технологией контролируемого внесения легирующих примесей, что позволит выращивать пленки ZnO с заданными кристаллографическими, электрофизическими и оптическими свойствами(2). Метод импульсного лазерного осаждения эксимерными лазерами обеспечивает конгруэнтность испарения мишеней любого состава и глубокий эффективный вакуум в момент осаждения благодаря высокой плотности частиц в факеле. При использовании этого метода реализованы некоторые его модификации, обеспечивающие повышение качества кристаллической структуры пленки ZnO и стабильность ее параметров. 1. При облучении эрозионного факела мощным ИК излучением СО2 лазера 2. Использование сепаратора частиц в методе лазерного осаждения 3. Контролируемое изменение состава буферного газа и управление Для напыления пленок оксида цинка вакуумная камера откачивалась с помощью турбомолекулярного насоса до давления 1 10-6 Торр. Мишени были изготовлены из окиси цинка чистотой 99,99%. Для абляции мишеней использовался KrF лазер EMG-200 (Длина волны 248 нм, длительность импульса 30 нс, энергия импульса до 0,5 Дж, частота повторений импульсов 20 Гц). Излучение лазера фокусировалось на поверхность вращающейся мишени, плотность потока энергии на мишени менялась от 1 до 5 Дж/см2 .). Подложка, на которую осуществлялось напыление располагалась на нагревателе, температура которого могла изменяться до 1000°С. Перед использованием монокристаллические подложки оксида цинка проходили механическую и химическую обработку. При изготовлении мишеней в оксид цинка добавлялась легирующая примесь оксида галлия. Были изучены оптические структурные и электрические свойства полученных пленок оксида цинка. Определены зависимости пропускания пленок ZnO от концентрации примеси галлия в спектральном диапазоне от 200 до 3300 нм. Установлено, что примесь галлия смещает границу фундаментальной полосы поглощения в синюю область Легирование галлием уменьшает прозрачность пленок ZnO в ИК области спектра. Пропускание пленок Т исследовалось на спектрофотометре Perkin-Elmer при комнатной температуре. Положение границы фундаментальной полосы поглощения зависит от уровня легирования галлием. Уровень пропускания определяется концентрацией носителей в зоне проводимости. С увеличением уровня легирования пропускание уменьшается. Отжиг увеличивает пропускание пленок, Это связано с изменением концентрации носителей в пленке в результате отжига. Для определения влияния параметров процесса лазерного напыления на структурные характеристики тонких пленок оксида цинка пленки напылялись из мишеней с содержанием примеси Ga 2,5 ат.% при различных давлениях буферного газа кислорода от 10-5 до 210-2 торр на подложки сапфира при Тподл = 400°С. Методом рентгеноструктурного анализа определены зависимости параметров решетки от давления буферного газа в камере в процессе напыления пленки. Рентгеноструктурный анализ пленок показал, что параметр решетки пленки зависит от величины интенсивности лазерного излучения на мишени. При прочих равных условиях пленки напыляли при плотности энергии на мишени 2, 3 и 4 Дж/см2. Рентгенограммы -2 показали смещение положения максимума (002) при изменении плотности энергии на мишени. Значение величины параметра решетки с при возрастании интенсивности лазерного излучения на мишени возрастает. Следует отметить, что с увеличением плотности энергии на мишени разориентация кристаллитов также уменьшается. Для исследования электрических характеристик пленок ZnO с различной концентрацией примеси Ga пленки осаждались в вакууме на сапфировые подложки при температуре подложки 400 ОС. Обнаружено немонотонное изменение удельного сопротивления пленок с увеличением примеси галлия в пленке. Литература. 1.И.П.Кузьмина.В.А.Никитенко Окись цинка. Получение и оптические свойства. Издательство "Наука", Москва, 1984,165 с. 2.А.Н.Жерихин, А.И.Худобенко, Р.Т.Вилльямс, и др.Лазерное напыление пленок ZnO на кремниевые и сапфировые подложки.Квантовая электроника, 33(11) 975-980 (2003).
|
Перепечатка любых материалов возможна только с письменного разрешения.