[發明專利]一種制備半極性p型ZnO多晶薄膜的方法

無效

• 申請號: 201110410709.5
• 申請日: 2011-12-12
• 公開（公告）號: CN102424951A
• 公開（公告）日: 2012-04-25
• 發明（設計）人: 呂斌;葉穎惠;葉志鎮
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: C23C14/28
• 分類號: C23C14/28;C23C14/08;C23C14/06
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 張法高

技術領域

本發明涉及p型ZnO多晶薄膜的制備方法，尤其涉及一種制備半極性p型ZnO多晶薄膜的方法。

背景技術

ZnO為六方纖鋅礦結構，理論和實驗都表明ZnO晶體薄膜趨向于沿c軸（0002）方向生長，即極性生長，由此產生的內建電場會降低ZnO基發光器件的發光效率。要抑制內建電場的負面影響，提高內量子效率，可使ZnO沿非極性方向如?????????????????????????????????????????????????或半極性方向如??方向生長。

目前，有關ZnO的非極性/半極性生長的研究報道比較有限，在可查的文獻中，基本上是通過選擇晶格匹配、價格昂貴的單晶襯底如SrTiO₃、　(La,Sr)(Al,Ta)O₃以及ZnO單晶襯底等，并采用分子束外延（MBE）或金屬有機化學氣相沉積（MOCVD）技術外延生長獲得。這種方法對于襯底的要求和生長技術的依賴都較為苛刻。因此有必要發展一種簡單易行、能在便宜的非晶表面如石英、玻璃等襯底上制備非極性/半極性ZnO晶體薄膜的生長方法。

另一方面，要實現ZnO薄膜的p型轉變也比較困難。這是由于ZnO中存在許多本征缺陷，如鋅間隙?(Zn_i)?和氧空位?(V_o)?會產生高度自補償效應。如何實現具有較好性能的p型ZnO薄膜，特別是非極性/半極性的p型ZnO，對于這些薄膜在ZnO基光電器件中的應用具有重要意義。

發明內容

本發明的目的是提供一種在非晶表面切實易行的制備半極性p型ZnO多晶薄膜的方法，豐富制備半極性ZnO基材料的技術手段。

制備半極性p型ZnO多晶薄膜的方法是：將純ZnO陶瓷靶和Zn_1-x-yCo_xGa_yO陶瓷靶以及經清洗的非晶襯底?放入脈沖激光沉積裝置生長室中，保持靶材與襯底之間的距離為4-6cm;?生長室真空度抽至優于4×10^-4?Pa，襯底加熱升溫到350-550℃，生長室通入純氧氣，控制生長氣壓為35-50?Pa;?開啟激光器，頻率為5Hz,?讓激光束聚焦到靶面燒蝕靶材，首先在所述的非晶襯底??上沉積半極性Zn_1-x-yCo_xGa_yO緩沖層,?再于所述的緩沖層?上制備半極性p型純ZnO薄膜層?，將薄膜層在40Pa氧氣氛圍下冷卻至室溫。

所述的襯底為非晶襯底。在所述的Zn_1-x-yCo_xGa_yO緩沖層中，x值為0.04-0.06,?y值為0.005-0.02。所述的緩沖層的厚度為200-1000nm。所述的生長氣壓為40-45Pa。所述的ZnO薄膜層具有表面織構。

與現有技術相比，本發明的優點是：

1)?半極性ZnO薄膜層可在價格低廉的石英或玻璃或具有二氧化硅鈍化層的硅上生長；

2)?方法簡單。相比于MBE和MOCVD技術，采用激光脈沖沉積技術生長，工藝成熟，操作簡單，易于實現。

3)?本發明方法生長的薄膜層為　　擇優取向，并具有表面織構。

4)?本發明方法生長的半極性ZnO薄膜層為p型導電,　載流子濃度可達10¹⁶-10¹⁷?cm^-3。

5)?本發明方法生長的半極性ZnO薄膜層具有良好的晶體質量和光學性能,可應用于LED器件中。

附圖說明

圖1是根據本發明方法采用的脈沖激光沉積裝置示意圖，圖中：1為激光器；?2為生長室；3為靶材；4為襯底；

圖2是實施例1制得的半極性p型ZnO多晶薄膜的x射線衍射?(XRD)?圖譜；

圖3是實施例1制得的半極性p型ZnO多晶薄膜的SEM照片。

具體實施方式

以下結合圖1，通過實例對本發明作進一步的說明。

實施例1