[發明專利]具有氮鎂共摻雜p型氧化鋅薄膜激光二極管的制造方法

無效

• 申請號: 201310067247.0
• 申請日: 2013-03-01
• 公開（公告）號: CN103166114A
• 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: H01S5/327
• 分類號: H01S5/327
• 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

本發明屬于半導體領域，具體來說涉及一種具有氮鎂共摻雜p型氧化鋅薄膜激光二極管的制造方法。

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，Vo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是本發明提出制造方法所制得的激光二極管的結構示意圖；

發明內容：

本發明針對現有技術存在的問題，提出了一種具有氮鎂共摻雜p型氧化鋅薄膜的激光二極管的制造方法，依次包括如下步驟：

第一步，選取藍寶石作為襯底，將該襯底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，將所述襯底放入磁控濺射反應室中，通過射頻磁控濺射工藝在所述襯底上形成300-600nm厚度的氧化鎳薄膜；

第三步，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；

第四步，將完成第一步工藝的襯底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，從而在襯底上形成厚度為300-400nm的氮鎂共摻雜的p型ZnO晶體薄膜；

第五步，對完成第四步的襯底進行熱退火，退火氣氛為氧氣，退火溫度為700℃，退火時間為40分鐘，退火后自然冷卻；

第六步，在所述襯底的下表面上和所述氮鎂共摻雜的p型ZnO晶體薄膜的上表面上濺射電極材料，從而分別形成底電極和頂電極。

其中，所述氮鎂共摻雜p型氧化鋅薄膜中Mg的摩爾百分含量是5-11％，砷的摩爾百分含量是0.8-1.7％；并且，在常溫下，氮鎂共摻雜的p型ZnO晶體薄膜的壓電常數d₃₃大于16pC/N，其電阻率大于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

參加圖1，一種具有氮鎂共摻雜p型氧化鋅薄膜的激光二極管的制造方法，依次包括如下步驟：

第一步，選取藍寶石作為襯底2，將該襯底2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2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，將所述襯底2放入磁控濺射反應室中，通過射頻磁控濺射工藝在所述襯底上形成300-600nm厚度的氧化鎳薄膜3；

第三步，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；