專利名稱：一種鎂砷共摻雜p型氧化鋅薄膜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體激光器領(lǐng)域，具體來(lái)說(shuō)涉及一種可用于半導(dǎo)體激光二極管的一種鎂砷共摻雜P型氧化鋅薄膜。
背景技術(shù)：
氧化鋅(ZnO)無(wú)論在晶格結(jié)構(gòu)、晶胞參數(shù)還是在禁帶寬度上都與GaN相似，且具有比GaN更高的熔點(diǎn)和更大的激子束縛能，又具有較低的光致發(fā)光和受激輻射的閾值以及良好的機(jī)電耦合特性、熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性。因而在藍(lán)紫光發(fā)光二極管、激光器及其相關(guān)光電器件方面的應(yīng)用有巨大的潛力。在室溫下，氧化鋅(ZnO)的禁帶寬度為3.37eV，自由激子結(jié)合能高達(dá)60meV,遠(yuǎn)大于GaN的激子結(jié)合能25meV和室溫?zé)犭x化能26meV,因此更容易在室溫或更高溫度下實(shí)現(xiàn)激子增益。但是，ZnO走向光電器件應(yīng)用的關(guān)鍵是實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可靠且低阻的P型ZnO薄膜。ZnO由于存在諸多本征施主缺陷(如Zni, V0等)和非故意摻雜的H等雜質(zhì)，通常表現(xiàn)為η型。這些施主缺陷的存在能對(duì)摻入的受主雜質(zhì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的自補(bǔ)償效應(yīng)，所以難以實(shí)現(xiàn)ZnO的P型摻雜。ZnO同質(zhì)結(jié)紫外激射二極管需要做多層量子阱結(jié)構(gòu)，而且所用P-ZnO遷移率較低、穩(wěn)定性較差。發(fā)展結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、光增益高的紫外激光二極管具有重要的應(yīng)用價(jià)值。目前，業(yè)內(nèi)已有通過(guò)共摻雜的方式來(lái)得到P型氧化鋅薄膜的報(bào)道。例如，在氧化鋅中摻入鎂和銻來(lái)形成Mg-Sb共摻雜P型ZnO薄膜，其中鎂(Mg)作為ZnO的摻雜劑可以有效地增大ZnO的禁帶寬度，于是ZnO中的本征淺施主能級(jí)便會(huì)遠(yuǎn)離導(dǎo)帶邊，從而增大了其電離能，減弱了 ZnO的η型導(dǎo)電特性。但是由于ZnO中存在的本征淺施主缺陷的自補(bǔ)償作用，使得Sb很難被用來(lái)?yè)诫s制備P型ZnO材料。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意發(fā)明內(nèi)容:本發(fā)明的目的是克服目前P型ZnO摻雜所存在的不足，提供鎂砷共摻雜生長(zhǎng)P型ZnO晶體薄膜。所述P型ZnO晶體薄膜中Mg的摩爾百分含量是8_13 %，砷的摩爾百分含量是0.5-1.5%。本發(fā)明的有益效果是經(jīng)過(guò)鎂砷共摻雜后生長(zhǎng)的P型ZnO晶體薄膜在常溫下，其壓電常數(shù)d33大于18pC/N，其電阻率大于101° Ω.cm。
具體實(shí)施方式
:下面通過(guò)具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例1
所述P型ZnO晶體薄膜中Mg的摩爾百分含量是8-13 %，砷的摩爾百分含量是
0.5-1.5%。經(jīng)過(guò)鎂砷共摻雜后生長(zhǎng)的P型ZnO晶體薄膜在常溫下，其壓電常數(shù)d33大于18pC/N，其電阻率大于P大于101° Ω.cm。下面介紹本發(fā)明提出的鎂砷共摻雜生長(zhǎng)P型ZnO晶體薄膜的制造方法進(jìn)行說(shuō)明。第一步，選取藍(lán)寶石作為襯底1，將該襯底I放置到具有無(wú)水乙醇的超聲波振蕩器中進(jìn)行清洗，以去除襯底I表面的油脂，然后再將其放置到具有去離子水的超聲波振蕩器中進(jìn)行清洗，以去除殘余的無(wú)水乙醇；第二步，將純度為99.99%的氧化鋅粉末、鎂的摩爾含量為8-13%的氧化鎂粉末以及砷的摩爾含量為0.5-1.5%的氧化砷粉末進(jìn)行混合，然后壓制形成靶材；第三步，將完成第一步工藝的襯底I放入磁控濺射反應(yīng)室中，利用射頻磁控濺射方法，在惰性氣體環(huán)境中將靶材濺射沉積在襯底之上，從而在襯底I上形成厚度為200-400nm的鎂砷共摻雜的P型ZnO晶體薄膜2 ；第四步，對(duì)完成第三步的襯底I進(jìn)行熱退火，退火氣氛為氧氣，退火溫度為700°C，退火時(shí)間為40分鐘。第五步，將完成第四步的襯底自然冷卻。其中，射頻磁控濺射反應(yīng)室的真空度為10_5帕斯卡。其中，襯底I在射頻磁控濺射前，先進(jìn)行加熱并保持溫度600°C。其中，射頻磁控濺射的射頻功率100W，射頻磁控濺射時(shí)間為2.5小時(shí)。實(shí)施例2 所述P型ZnO晶體薄膜中Mg的摩爾百分含量是11%，砷的摩爾百分含量是0.8 %。經(jīng)過(guò)鎂砷共摻雜后生長(zhǎng)的P型ZnO晶體薄膜在常溫下，其壓電常數(shù)d33大于18pC/N，其電阻率大于P大于IOici Ω.cm。下面介紹本發(fā)明提出的鎂砷共摻雜生長(zhǎng)P型ZnO晶體薄膜的制造方法進(jìn)行說(shuō)明。第一步，選取藍(lán)寶石作為襯底1，將該襯底I放置到具有無(wú)水乙醇的超聲波振蕩器中進(jìn)行清洗，以去除襯底I表面的油脂，然后再將其放置到具有去離子水的超聲波振蕩器中進(jìn)行清洗，以去除殘余的無(wú)水乙醇；第二步，將純度為99.99%的氧化鋅粉末、鎂的摩爾含量為11%的氧化鎂粉末以及砷的摩爾含量為0.8%的氧化砷粉末進(jìn)行混合，然后壓制形成靶材；第三步，將完成第一步工藝的襯底I放入磁控濺射反應(yīng)室中，利用射頻磁控濺射方法，在惰性氣體環(huán)境中將靶材濺射沉積在襯底之上，從而在襯底I上形成厚度為300nm的鎂砷共摻雜的P型ZnO晶體薄膜2 ；第四步，對(duì)完成第三步的襯底I進(jìn)行熱退火，退火氣氛為氧氣，退火溫度為700°C，退火時(shí)間為40分鐘。第五步，將完成第四步的襯底自然冷卻。其中，射頻磁控濺射反應(yīng)室的真空度為10_5帕斯卡。其中，襯底I在射頻磁控濺射前，先進(jìn)行加熱并保持溫度600°C。其中，射頻磁控濺射的射頻功率100W，射頻磁控濺射時(shí)間為2.5小時(shí)。以上實(shí)施方式已經(jīng)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，但上述實(shí)施方式并非為了限定本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種鎂砷共摻雜P型氧化鋅薄膜，其特征在于: 所述鎂砷共摻雜P型ZnO晶體薄膜中Mg的摩爾百分含量是8-13%，砷的摩爾百分含量是 0.5-1.5%，其中， 在常溫下，所述鎂砷共摻雜后P型ZnO晶體薄膜的壓電常數(shù)d33大于約18pC/N，其電阻率大于約101° Ω.cm。
2.如權(quán)利要求1所述的鎂砷共摻雜P型氧化鋅薄膜，其特征在于: 所述鎂砷共摻雜P型氧化鋅薄膜在藍(lán)寶石襯底上通過(guò)射頻磁控濺射方法來(lái)形成，其厚度約為 200-400nm。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種鎂砷共摻雜p型氧化鋅薄膜，所述鎂砷共摻雜p型ZnO晶體薄膜中Mg的摩爾百分含量是8-13％，砷的摩爾百分含量是0.5-1.5％，其中，在常溫下，所述鎂砷共摻雜后p型ZnO晶體薄膜的壓電常數(shù)d33大于約18pC/N，其電阻率大于約1010Ω·cm。
文檔編號(hào)H01S5/327GK103151708SQ20131006658
公開(kāi)日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2013年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月1日
發(fā)明者錢時(shí)昌 申請(qǐng)人:溧陽(yáng)華晶電子材料有限公司