Mg3 N2およびZn3N2薄膜の血漿支援分子ビームエピタキシー成長
Summary
本稿では、窒素源および光学成長モニタリングとしてN2ガスを用いる血漿支援分子ビームエピタキシーによるMgO基板上のMg3N2及びZn3N2のエピタキシャルフィルムの増殖について述べた。
Abstract
本論文では、血漿支援分子ビームエピタキシー(MBE)によりMg3N2およびZn3 N2フィルムを増伸する手順について説明する。フィルムは窒素源としてN2ガスを使用して100指向MgO基板上で成長する。基板およびMBE成長プロセスを準備する方法について説明する。基板および膜表面の向きおよび結晶順序は、成長前および成長中の反射高エネルギー電子回折(RHEED)によって監視される。試料表面の鏡面反射率は、488nmの波長を持つAr-イオンレーザーによる成長時に測定されます。反射率の時間依存性を数学モデルに適合させ、屈折率、光消滅係数、およびフィルムの増殖速度が決定される。金属フラックスは、水晶モニターを用いて流出細胞温度の関数として独立して測定されます。典型的な成長率は、Mg 3 N 2およびZn3N 2フィルムの成長温度150°Cおよび330°Cでそれぞれ0.028 nm/sである。
Introduction
II3-V2材料は、III-VおよびII-VI半導体1に比べて半導体研究コミュニティから比較的注目を集めている半導体クラスです。MgおよびZn窒化物、Mg3N2およびZn3N2は、豊富で非毒性の元素で構成されているため、ほとんどのIII-VおよびII-VIとは異なり、安価でリサイクルしやすいため、消費者向けアプリケーションに魅力的です。化合物半導体。それらはCaF2構造に類似した反ビクスバイト結晶構造を示し、1つは中間占有されたfcc F-sublatticesの1つが半分占有された2、3、4、5である。 それらは両方とも直接バンドギャップ材料6であり、光学用途7、8、9に適している。Mg3N2のバンドギャップは可視スペクトル(2.5eV)10にあり、Zn3N2のバンドギャップは近赤外(1.25eV)11にある。これらの材料の物理的特性と電子および光学デバイスアプリケーションの可能性を調べるには、高品質の単結晶フィルムを得ることが重要です。これまでのこれらの材料に関するほとんどの作業は、反応性スパッタリング12、13、14、15、16、反応性スパッタリングによって作られた粉末または多結晶フィルム上で行われてきました。 17.
分子ビームエピタキシー(MBE)は、クリーンな環境と高純度元素源を用いて高品質の材料を得る可能性を有する単結晶化合物半導体フィルム18を成長させるための、十分に開発された汎用性の高い方法である。一方、MBEの急速なシャッター操作は原子層スケールのフィルムへの変更を可能にし、精密な厚さの制御を可能にする。本論文では、高純度ZnとMgを窒素源として高純度ZnおよびMgを用いて、MgO基板上のMg3N2およびZn3N2エピタキシャルフィルムの成長について報告する。
Protocol
Representative Results
Discussion
基板の選択とフィルムの構造および電子特性を最適化する成長条件の確立には、さまざまな考慮事項が含まれています。MgO基板は、空気中の高温(1000°C)で加熱され、表面からの炭素汚染を除去し、基板表面の結晶性の順序を改善します。アセトン中の超音波洗浄は、MgO基板をきれいにするための良い代替方法です。
Zn3N2フィルムに対する(400)X線回折ピーク</sub…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この研究は、カナダの自然科学工学研究評議会によって支援されました。
Materials
| (100) MgO | University Wafer | 214018 | one side epi-polished |
| Acetone | Fisher Chemical | 170239 | 99.8% |
| Argon laser | Lexel Laser | 00-137-124 | 488 nm visible wavelength, 350 mW output power |
| Chopper | Stanford Research system | SR540 | Max. Frequency: 3.7 kHz |
| Lock-in amplifier | Stanford Research system | 37909 | DSP SR810, Max. Frequency: 100 kHz |
| Magnesium | UMC | MG6P5 | 99.9999% |
| MBE system | VG Semicon | V80H0016-2 SHT 1 | V80H-10 |
| Methanol | Alfa Aesar | L30U027 | Semi-grade 99.9% |
| Nitrogen | Praxair | 402219501 | 99.998% |
| Oxygen | Linde Gas | 200-14-00067 | > 99.9999% |
| Plasma source | SVT Associates | SVTA-RF-4.5PBN | PBN, 0.11" Aperture, Specify Length: 12" – 20" |
| Si photodiode | Newport | 2718 | 818-UV Enhanced, 200 – 1100 nm |
| Zinc | Alfa Aesar | 7440-66-6 | 99.9999% |
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