[發明專利]一種氮鎂共摻雜的p型氧化鋅薄膜的制造方法

無效

• 申請號: 201310066810.2
• 申請日: 2013-03-01
• 公開（公告）號: CN103160785A
• 公開（公告）日: 2013-06-19
• 發明（設計）人: 錢時昌
• 申請（專利權）人: 溧陽華晶電子材料有限公司
• 主分類號: C23C14/08
• 分類號: C23C14/08;C23C14/35;C23C14/58;C30B23/08;C30B29/16
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責任公司 32112
• 代理人: 蔣家華

技術領域

本發明屬于半導體激光器領域，具體來說涉及一種可用于半導體激光二極管的一種氮鎂共摻雜的p型氧化鋅薄膜的制造方法。

背景技術

氧化鋅（ZnO）無論在晶格結構、晶胞參數還是在禁帶寬度上都與GaN相似，且具有比GaN更高的熔點和更大的激子束縛能，又具有較低的光致發光和受激輻射的閾值以及良好的機電耦合特性、熱穩定性和化學穩定性。因而在藍紫光發光二極管、激光器及其相關光電器件方面的應用有巨大的潛力。在室溫下，氧化鋅（ZnO）的禁帶寬度為3.37eV，自由激子結合能高達60meV，遠大于GaN的激子結合能25meV和室溫熱離化能26meV，因此更容易在室溫或更高溫度下實現激子增益。但是，ZnO走向光電器件應用的關鍵是實現穩定可靠且低阻的p型ZnO薄膜。ZnO由于存在諸多本征施主缺陷(如Zn_i，V_o等)和非故意摻雜的H等雜質，通常表現為n型。這些施主缺陷的存在能對摻入的受主雜質產生強烈的自補償效應，所以難以實現ZnO的P型摻雜。ZnO同質結紫外激射二極管需要做多層量子阱結構，而且所用p-ZnO遷移率較低、穩定性較差。發展結構簡單、成本低廉、光增益高的紫外激光二極管具有重要的應用價值。

目前，業內已有通過共摻雜的方式來得到p型氧化鋅薄膜的報道。例如，在氧化鋅中摻入鎂和銻來形成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便會遠離導帶邊，從而增大了其電離能，減弱了ZnO的n型導電特性。但是由于ZnO中存在的本征淺施主缺陷的自補償作用，使得Sb很難被用來摻雜制備p型ZnO材料。

附圖說明

圖1是本發明的結構示意圖；

發明內容：

本發明的目的是克服目前p型ZnO摻雜所存在的不足，提供一種氮鎂共摻雜的p型氧化鋅薄膜的制造方法，該制造方法依次包括如下步驟：

第一步，選取藍寶石作為襯底1，將該襯底1放置到具有無水乙醇的超聲波振蕩器中進行清洗，以去除襯底1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行清洗，以去除殘余的無水乙醇；

第二步，將純度為99.99％的氧化鋅粉末、鎂的摩爾含量為5-11%的氧化鎂粉末進行混合，然后壓制形成靶材；

第三步，將完成第一步工藝的襯底1放入磁控濺射反應室中，向該磁控濺射反應室通入氮的摩爾含量為0.8-1.7％的NO、NO₂混合氣體后施加射頻功率，該射頻功率使得NO和NO₂氣體活化，并將靶材濺射沉積在襯底之上，從而在襯底1上形成厚度為300-400nm的氮鎂共摻雜的p型ZnO晶體薄膜2；

第四步，對完成第三步的襯底1進行熱退火，退火氣氛為氧氣，退火溫度為700℃，退火時間為40分鐘。

本發明的有益效果是經過氮鎂共摻雜后生長的p型ZnO晶體薄膜在常溫下，其壓電常數d₃₃大于16pC/N，其電阻率大于1.2×10¹⁰Ω·cm。

具體實施方式：

下面通過具體實施方式對本發明進行詳細說明。

實施例1

所述p型ZnO晶體薄膜中Mg的摩爾百分含量是5-11％，氮的摩爾百分含量是0.8-1.7％。經過氮鎂共摻雜后生長的p型ZnO晶體薄膜在常溫下，其壓電常數d₃₃大于16pC/N，其電阻率大于ρ大于1.2×10¹⁰Ω·cm。

下面介紹本發明提出的氮鎂共摻雜生長p型ZnO晶體薄膜的制造方法進行說明，所述制造方法依次包括如下步驟：

第一步，選取藍寶石作為襯底1，將該襯底1放置到具有無水乙醇的超聲波振蕩器中進行清洗，以去除襯底1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行清洗，以去除殘余的無水乙醇；

第二步，將純度為99.99％的氧化鋅粉末、鎂的摩爾含量為5-11%的氧化鎂粉末進行混合，然后壓制形成靶材；

第三步，將完成第一步工藝的襯底1放入磁控濺射反應室中，向該磁控濺射反應室通入氮的摩爾含量為0.8-1.7％的NO、NO₂混合氣體后施加射頻功率，該射頻功率使得NO和NO₂氣體活化，并將靶材濺射沉積在襯底之上，從而在襯底1上形成厚度為300-400nm的氮鎂共摻雜的p型ZnO晶體薄膜2；

第四步，對完成第三步的襯底1進行熱退火，退火氣氛為氧氣，退火溫度為700℃，退火時間為40分鐘。