[發明專利]Na摻雜生長p型Zn1－xMgxO晶體薄膜的方法

無效

• 申請號: 200810062158.6
• 申請日: 2008-06-03
• 公開（公告）號: CN101319384A
• 公開（公告）日: 2008-12-10
• 發明（設計）人: 葉志鎮;陳凌翔;林時勝
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: C30B29/22
• 分類號: C30B29/22;C30B23/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司
• 代理人: 韓介梅

技術領域

本發明涉及p型Zn_1-xMg_xO晶體薄膜的生長方法，尤其是Na摻雜生長p型Zn_1-xMg_xO晶體薄膜的方法。

背景技術

ZnO做為寬禁帶半導體，有著其獨特的優勢，在室溫下的能帶寬度為3.37eV，激子結合能為60meV，遠大于GaN的激子結合能25meV和室溫分子熱運動能26meV，因此很有潛力實現高功率的半導體激光器件。另一方面，ZnO與MgO形成三元合金，隨著Mg含量的不同，Zn_1-xMg_xO合金的禁帶寬度從3.3-7.7eV連續可調，顯示出ZnO材料在紫外波段光電器件方面更為廣闊的應用前景。因此，制備具有優異p型導電性能的Zn_1-xMg_xO薄膜是實現ZnO材料在紫外短波器件領域應用的關鍵一步。尋找一種合適的p型ZnO摻雜源是國際上科學家一直努力的方向.國際上報道過的可以做為p型ZnO摻雜材料有V族元素：N，P，As等和I族元素Li。然而在理論計算方面，I族元素Na做為受主有著比V族元素淺的受主能級和比Li更接近Zn原子半徑的性能。因此深入研究Na摻雜的p型Zn_1-xMg_xO薄膜就顯得非常有意義。PLD法具有襯底溫度較低、沉積參數易控、易保持薄膜與靶成分一致、生長的薄膜質量較好等優點，但是還沒有用這種方法進行過Na摻雜p型Zn_1-xMg_xO薄膜生長。

發明內容

本發明的目的是克服目前p型Zn_1-xMg_xO摻雜所存在的不足，提供Na摻雜生長p型Zn_1-xMg_xO晶體薄膜的方法。

本發明的Na摻雜生長p型Zn_1-xMg_xO晶體薄膜的方法，采用的是脈沖激光沉積法，其步驟如下：

1)將純氧化鋅、氧化鎂和碳酸鈉粉末經球磨混合后壓制成型，在600-800℃預燒結2小時以上，再在1000-1500℃燒結2小時以上，制得摻Na₂O的Zn_1-xMg_xO靶材，Mg的摩爾含量x為5-30％，Na的摩爾含量為0.1-1.5％；

2)將襯底表面清洗后放入脈沖激光沉積裝置的生長室中，生長室真空度抽到至少10^-3Pa，然后加熱襯底，使襯底溫度為400-700℃，以摻Na₂O的Zn_1-xMg_xO為靶材，以純O₂為生長氣氛，控制O₂壓強15-60Pa，激光頻率為1-5Hz，進行生長，生長后在氧氣保護氣氛下冷卻。

上述的襯底可以是氧化鋅、硅、藍寶石、玻璃或石英。所說的氧化鋅、氧化鎂的純度為99.99％以上，碳酸鈉的純度為99.9％以上。

本發明通過調節靶材中的Mg含量，可以控制Zn_1-xMg_xO薄膜的禁帶寬度；調節摻Na的摩爾含量和溫度，可以制備不同摻雜濃度的p型Zn_1-xMg_xO晶體薄膜，生長的時間由所需的厚度決定。

本發明的優點：

1)可以實現實時摻雜，在Zn_1-xMg_xO晶體薄膜生長過程中同時實現p型摻雜；

2)摻雜濃度較高，由于脈沖激光沉積技術可以把靶材的成分完全復制到所生長的薄膜中，因此只要制備的靶材的摻雜劑濃度高就獲得很高的摻雜濃度；

3)摻雜濃度可以通過調節生長溫度和靶材中Na的摩爾含量來控制；

4)禁帶寬度可以通過調節靶材中Mg的摩爾含量來控制；

5)制備的p型薄膜具有良好的電學性能，重復性和穩定性。

附圖說明

圖1是Na摻雜的p型Zn_0.9Mg_0.1O晶體薄膜的x射線衍射(XRD)圖譜；

圖2是Na摻雜的p型Zn_0.9Mg_0.1O晶體薄膜得光致發光譜；

圖3是Na摻雜的p型Zn_0.9Mg_0.1O晶體薄膜得光學透射譜。

具體實施方式

以下結合具體實例進一步說明本發明。