[發(fā)明專利]一種BeZnOS化合物半導(dǎo)體材料、其制備方法及應(yīng)用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610130050.0
• 申請日: 2016-03-08
• 公開（公告）號: CN105734491A
• 公開（公告）日: 2016-07-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 何云斌;張武忠;黎明鍇;程海玲;唐志武
• 申請（專利權(quán)）人: 湖北大學(xué)
• 主分類號: C23C14/06
• 分類號: C23C14/06;C23C14/28
• 代理公司: 北京輕創(chuàng)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11212
• 代理人: 楊立

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體光電材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種BeZnOS化合物半導(dǎo)體材料、其制備方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)

第三代寬禁帶半導(dǎo)體ZnO具有3.3eV的禁帶寬度、60meV的激子束縛能，在藍(lán)光、紫外光發(fā)光及光電探測等方面有潛在的廣泛用途。為實現(xiàn)器件應(yīng)用，往往需要對ZnO進(jìn)行取代摻雜，以調(diào)節(jié)其能帶。如用Be部分取代Zn得到BeZnO三元化合物可獲得更寬的禁帶。BeZnO是由ZnO與BeO按一定組分比例固溶而成，BeO與ZnO同為六方結(jié)構(gòu)，BeO禁帶寬度(10.8eV)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于ZnO，因此只需要在ZnO中固溶少量Be，就可以在擴(kuò)大禁帶寬度的同時又能保持ZnO的六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)。通過改變Be的含量可實現(xiàn)對BeZnO帶隙的單調(diào)連續(xù)可調(diào)，因此BeZnO可作為ZnO基量子阱器件的勢壘層材料或紫外光探測器的有源層。除了可以用陽離子替換Zn²⁺，還能用陰離子替換O^2-來調(diào)節(jié)ZnO的能帶隙。如以S部分取代ZnO中的O，得到ZnOS，也可實現(xiàn)對ZnO能帶的調(diào)節(jié)。與Be取代Zn不同，少量S取代O會抬高ZnO的價帶，形成類ZnS的價帶頂，減小帶隙。在S含量50％左右時，ZnOS的帶隙最低約2.6eV。當(dāng)S的含量進(jìn)一步增加，ZnOS的帶隙也會隨之增加。Be與Zn的共價半徑差別很大(Zn的為明顯大于Be的)，Be摻雜氧化鋅由于晶格常數(shù)差異過大，會導(dǎo)致薄膜結(jié)晶質(zhì)量變差和Be的溶解度受限，因此我們同時引入共價半徑較大的S來部分取代O(共價半徑)，以達(dá)到晶格常數(shù)互補(bǔ)和增加取代元素溶解度的效果。該發(fā)明設(shè)計的BeZnOS四元固溶體化合物半導(dǎo)體材料，以Be元素為主來調(diào)節(jié)固溶體能帶隙而以S元素為主來調(diào)節(jié)固溶體晶格常數(shù)，這樣在達(dá)到自由調(diào)控BeZnOS四元化合物帶隙目的的同時，可解決三元BeZnO、ZnOS固溶體中取代元素溶解度有限和固溶體帶隙與晶格常數(shù)調(diào)節(jié)相互牽制的問題。目前關(guān)于BeZnO和ZnOS半導(dǎo)體材料有些報道，但是尚未見到制備BeZnOS四元化合物半導(dǎo)體材料的報道。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種BeZnOS化合物半導(dǎo)體材料、其制備方法及應(yīng)用。

一種BeZnOS化合物半導(dǎo)體材料，為BeO和ZnS固溶而得到的四元化合物半導(dǎo)體材料。

本發(fā)明還提供了一種BeZnOS四元化合物半導(dǎo)體材料的制備方法，包括以下步驟：

1)制備BeZnOS化合物半導(dǎo)體薄膜材料所需的陶瓷靶材，所述的陶瓷靶材由陶瓷坯片燒結(jié)得到，其中，所述的陶瓷坯片包括摩爾比為99:1～70:30的ZnS和BeO，所述陶瓷坯片的燒結(jié)溫度為700～1250℃，燒結(jié)時間為4～6小時。

步驟1)包括以下步驟：

1.1)稱取摩爾比為99:1～70:30的ZnS粉末和BeO粉末，得到初混粉末；

1.2)向步驟1.1)得到的初混粉末中加入初混粉末總質(zhì)量50～70％的去離子水進(jìn)行球磨，得到混合粉末；

1.3)將步驟1.2)得到的混合粉末進(jìn)行真空干燥處理，得到干燥的混合粉末，其中，本底壓強(qiáng)≤0.1Pa，干燥溫度為100～120℃，干燥時間為6～8小時；

1.4)向步驟1.3)得到的干燥的混合粉末中加入干燥的混合粉末總質(zhì)量2～6％的無水乙醇，研磨攪拌均勻，得到混合粘結(jié)在一起的陶瓷坯料；

1.5)將步驟1.4)得到的陶瓷坯料壓制成陶瓷坯片；

1.6)以硫粉為除氧劑，以氬氣為保護(hù)氣，在真空管式爐中對步驟1.5)得到的陶瓷坯片進(jìn)行燒結(jié)，得到陶瓷靶材。

2)以藍(lán)寶石為襯底，對所述陶瓷靶材采用脈沖激光燒蝕沉積方法在所述襯底上進(jìn)行BeZnOS薄膜的生長，得到BeZnOS四元化合物半導(dǎo)體材料，其中，襯底溫度為25～1000℃，激光能量為250～600mJ/pulse，氧壓為0～10Pa。

步驟2)包括以下步驟：

2.1)以藍(lán)寶石作為薄膜生長的襯底，并對襯底進(jìn)行超聲波清洗和干燥，得到干凈的襯底，其中，清洗液為丙酮、無水乙醇和去離子水中的任意一種或幾種的混合，清洗時間為10～20分鐘；

2.2)在氧氣的氣氛條件下，對步驟1)得到的陶瓷靶材采用脈沖激光燒蝕沉積方法在步驟2.1)得到的干凈襯底上進(jìn)行BeZnOS薄膜的生長。

本發(fā)明所提供的上述方法通過將BeO和ZnS固溶而得到BeZnOS四元化合物半導(dǎo)體材料。

本發(fā)明還提供了根據(jù)上述的BeZnOS化合物半導(dǎo)體材料的制備方法制備得到的BeZnOS四元化合物半導(dǎo)體材料。