O導(dǎo)電性的方法及其在光電子器件中的應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及半導(dǎo)體氧化物薄膜電性調(diào)控的方法，特別是涉及一種提高M(jìn)gxZr vxO導(dǎo) 電性的方法及其在光電子器件中的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 纖鋅礦相寬禁帶氧化物半導(dǎo)體MgxZrvxO (可簡(jiǎn)寫為MgZnO)是由纖鋅礦相ZnO和 巖鹽相MgO合金而成，其帶隙理論上能夠從3. 37eV連續(xù)調(diào)節(jié)至7. 8eV，可覆蓋大部分近紫外 和中紫外區(qū)域，電學(xué)性能則可從半導(dǎo)體調(diào)諧至絕緣體，因此通過調(diào)節(jié)Mg組分X，可得到工作 在不同紫外波段、導(dǎo)電特性迥異的Mg xZrvxO合金薄膜。這一特點(diǎn)使得MgZnO作為電光轉(zhuǎn)換 或光電轉(zhuǎn)換的有源材料而在ZnO基激光二極管和深紫外探測(cè)器等光電子器件領(lǐng)域擁有更 大的優(yōu)勢(shì)，因而成為國(guó)際上廣泛研究的焦點(diǎn)。MgZnO合金薄膜是一種較好的近紫外發(fā)光材 料，其高溫區(qū)的光電性能特性尤其突出，而MgZnO深紫外探測(cè)器無論是在軍事上還是在民 用方面都具有重大的應(yīng)用價(jià)值，如火災(zāi)監(jiān)測(cè)、臭氧監(jiān)測(cè)及高溫尾焰探測(cè)等。此外，高M(jìn)g組分 MgZnO合金薄膜中存在著更強(qiáng)的極化電場(chǎng)，因此對(duì)量子阱中的電子有著更強(qiáng)的限制作用，從 而可以大幅度提高光電子器件性能。
[0003] 但是隨著Mg組分的不斷增加，MgxZrvxO的帶隙及電阻均在不斷增加，這意味著在 深紫外區(qū)間，尤其是有著重要應(yīng)用價(jià)值的日盲紫外波段（220~280nm)，合金薄膜的導(dǎo)電性 將變得很差。這是由于它的帶隙比較寬（>4.43eV)，體電子濃度很低（〈10 15cnT3)，電子遷移 長(zhǎng)度較短，因此顯示出巨電阻的特征（>1〇9Ω)，這對(duì)以Mg xZrvxO作為有源層的光電子器件 應(yīng)用來說非常不利。例如對(duì)于紫外探測(cè)器，無論其采用的是具有金屬Ai-Mg xZrvxO形式的光 導(dǎo)型或者肖特基型器件結(jié)構(gòu)，還是采用具有Ii-MgxZrv xCVp-MgxZrvxO形式的二極管結(jié)構(gòu)，若 其中有源層Ii-Mg xZrvxO電阻太高的話，會(huì)導(dǎo)致紫外探測(cè)器的光電流信號(hào)很弱。
[0004] 為了增強(qiáng)光電流信號(hào)、獲得較高的信噪比，對(duì)薄膜進(jìn)行摻雜而實(shí)現(xiàn)電性調(diào)控是行 之有效的方法之一。Ga是最常見的獲得η-ΖηΟ的摻雜方案，但是在Mg xZrvxO (尤其是高M(jìn)g 組分MgxZrvxO)中，由于Mg和0的成鍵更強(qiáng)，導(dǎo)致Ga的替位摻雜效率較低，妨礙了 MgxZrvxO 合金薄膜電性調(diào)控目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的一個(gè)目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷，提供一種改善MgxZr vxO 薄膜的電學(xué)性質(zhì)的方法。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種氟摻雜的MgxZrvxO作為有源層在 光電子器件中的應(yīng)用。本發(fā)明的另一個(gè)目的是要提供一種光電子器件。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種光電子器件，包括有源層以及設(shè)置在有源 層上的金屬電極層，其中，所述有源層包括氟摻雜的Mg xZrvxO層。
[0007] 在一種實(shí)施方式中，所述有源層可以僅由所述氟摻雜的MgxZrvxO層構(gòu)成。
[0008] 在一種實(shí)施方式中，還可以包括襯底，所述氟摻雜的MgxZrvxO層直接形成在所述 襯底上。在一種實(shí)施方式中，所述襯底可以由氧化物材料形成；可選地，所述氧化物材料包 括ZnO、藍(lán)寶石以及鈦酸鍶；或所述襯底由非氧化物材料形成；可選地，所述非氧化物材料 包括Si和GaAs。
[0009] 本發(fā)明還提供了一種光電子器件，包括p型MgxZrvxO層以及設(shè)置在p型MgxZrv xO 層上的氣慘雜的MgxZrihO層。
[0010] 在一種實(shí)施方式中，所述光電子器件可以為光探測(cè)器件或光發(fā)射器件；可選地，所 述光探測(cè)器件為紫外探測(cè)器；可選地，所述光發(fā)射器件為發(fā)光二極管。
[0011] 在一種實(shí)施方式中，所述氟摻雜的MgxZrvxO層的厚度可以在200納米-1微米之 間。
[0012] 本發(fā)明還提供了氟摻雜的MgxZrvxO層作為有源層在光電子器件中的應(yīng)用。
[0013] 進(jìn)一步地，本發(fā)明提供了一種提高M(jìn)gxZrvxO薄膜導(dǎo)電性的方法，包括：
[0014] 對(duì)MgxZrvxO薄膜進(jìn)行氟摻雜獲得氟摻雜的Mg xZrvxO薄膜；或 [0015] 直接制備氟摻雜的MgxZrvxO薄膜。
[0016] 在一種實(shí)施方式中，進(jìn)行氟摻雜的摻雜源可以為氟及含氟的化合物；可選地，所述 摻雜源可以為氟化鋅或氟化鎂。
[0017] 與其他電性調(diào)控方法相比，本發(fā)明方法有以下三個(gè)優(yōu)點(diǎn)：
[0018] 1、本發(fā)明選擇氟元素?fù)诫s改善MgxZrvxO薄膜的電學(xué)性質(zhì)。由于氟是η型摻雜元 素，且在鹵素原子中與氧原子的半徑大小最為接近（氧原子半徑為0.66Α,氟原子半徑為 0.644>,以其替氧位、形成施主后不會(huì)引起嚴(yán)重的晶格畸變，保證了薄膜的結(jié)晶質(zhì)量。
[0019] 2、本發(fā)明通過氟摻雜實(shí)現(xiàn)包括深紫外在內(nèi)的MgxZrvxO的電性調(diào)控。本發(fā)明利 用氟原子的有效摻雜提供多余的載流子，從而獲得電學(xué)性能大幅度改善的η型導(dǎo)電性的 MgxZrvxO 薄膜。
[0020] 3、本發(fā)明采用氟摻雜的MgxZrvxO層作為有源層應(yīng)用于光電子器件如紫外探測(cè)器 或發(fā)光二極管中，相比于現(xiàn)有的此類光電子器件，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且具有較強(qiáng)的光電流信 號(hào)或者較高的發(fā)光強(qiáng)度。
[0021] 根據(jù)下文結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明具體實(shí)施例的詳細(xì)描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)更加明 了本發(fā)明的上述以及其他目的、優(yōu)點(diǎn)和特征。
【附圖說明】
[0022] 后文將參照附圖以示例性而非限制性的方式詳細(xì)描述本發(fā)明的一些具體實(shí)施例。 附圖中相同的附圖標(biāo)記標(biāo)示了相同或類似的部件或部分。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，這些 附圖未必是按比例繪制的。附圖中：
[0023] 圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的提高M(jìn)gxZrvxO薄膜導(dǎo)電性的流程圖；
[0024] 圖2示出了根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的提高M(jìn)gxZrvxO薄膜導(dǎo)電性的流程圖；
[0025] 圖3a和圖3b分別示出了不摻雜的Mga5Zna5O薄膜和實(shí)施例1制備的氟摻雜 Mga5Zna5O薄膜的反射式高能電子衍射原位觀測(cè)圖案；
[0026] 圖4示出了實(shí)施例1制備的氟摻雜Mga5Zna5O薄膜的X射線衍射Θ -2 Θ掃描曲 線.
[0027] 圖5示出了實(shí)施例1制備的氟摻雜Mga5Zna5O薄膜的全反射譜。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，氟（F)摻雜能夠有效改善MgxZrvxO薄膜的電學(xué)性能，從而使得氟摻雜 MgxZrvxO薄膜能夠作為有源層在光電子器件中應(yīng)用。發(fā)明人認(rèn)為這是由于氟作為氧化性最 強(qiáng)的非金屬元素，替氧位后，極易失去電子，增加電子濃度，從而改善了 MgxZrvxO的電學(xué)性 能。并且氟原子是鹵素原子中與氧原子半徑大小最為接近的，以氟替氧位、形成施主后不會(huì) 引起嚴(yán)重的晶格畸變，從而保證了薄膜的結(jié)晶質(zhì)量。
[0029] 本發(fā)明提高M(jìn)gxZrvxO薄膜導(dǎo)電性的方法，包括：對(duì)Mg xZrvxO薄膜進(jìn)行氟摻雜獲得 氣慘雜的MgxZrihO薄I吳；或直接制備氣慘雜的Mg xZrihO薄月旲。
[0030] 其中，進(jìn)行氟摻雜的摻雜源可以為氟及含氟的化合物。例如氟化鋅或氟化鎂。氟 摻雜的Mg xZrvxO薄膜可以直接在襯底上制備。襯底可以選為由氧化物材料形成，如ZnO,藍(lán) 寶石以及鈦酸鍶等。襯底也可以選為由非氧化物材料形成，如Si和GaAs等。
[0031] 圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的提高M(jìn)gxZrvxO薄膜導(dǎo)電性的流程圖。如圖1 所示，對(duì)Mg xZrvxO薄膜進(jìn)行電性調(diào)控的方法包括：
[0032] 1)選取襯底并清洗，然后將其導(dǎo)入生長(zhǎng)系統(tǒng)；
[0033] 2)在襯底上，直接沉積氟摻雜的MgxZrvxO合金薄膜。
[0034] 圖2示出了根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的提高M(jìn)gxZrvxO薄膜導(dǎo)電性的流程圖。如圖 2所示，本對(duì)Mg xZrvxO薄膜進(jìn)行電性調(diào)控的方法包括：
[0035] 1)選取襯底并清洗，然后將其導(dǎo)入生長(zhǎng)系統(tǒng)；
[0036] 2 )在襯底上沉積MgxZrvxO合金薄膜；
[0037] 3 )對(duì)沉積的MgxZrvxO合金薄進(jìn)行氟摻雜。
[0038] 本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，這里的生長(zhǎng)系統(tǒng)是指生長(zhǎng)氟摻雜的MgxZrvxO合金薄膜 或Mg xZrvxO合金薄膜的設(shè)備或儀器。