[發(fā)明專利]一種Yb和Er共摻雜的氧化鎵薄膜及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910063284.1
• 申請日: 2019-01-23
• 公開（公告）號: CN109852381A
• 公開（公告）日: 2019-06-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 谷雪
• 申請（專利權(quán)）人: 北京鎵族科技有限公司
• 主分類號: C09K11/62
• 分類號: C09K11/62;C23C14/28;C23C14/08
• 代理公司: 北京清誠知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11691
• 代理人: 喬東峰;瞿朝兵

本發(fā)明提供了一種增強(qiáng)近紅外光致發(fā)光的Yb和Er共摻雜的氧化鎵薄膜及其制備方法。本發(fā)明的氧化鎵薄膜包括依次疊置的襯底和氧化鎵薄膜，氧化鎵薄膜為Yb和Er共摻雜的β?Ga₂O₃薄膜，襯底為Al₂O₃襯底。本發(fā)明的方法采用激光脈沖沉積法生長氧化鎵薄膜。本發(fā)明易于實(shí)現(xiàn)稀土離子摻雜濃度調(diào)控，工藝可控性強(qiáng)、容易操作。本發(fā)明制得的氧化鎵薄膜表面致密、厚度穩(wěn)定均一、且復(fù)性好，具有能顯著增強(qiáng)氧化鎵薄膜近紅外發(fā)光的優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于發(fā)光薄膜材料領(lǐng)域，特別涉及一種稀土元素鐿(Yb)或鉺(Er)共摻雜的氧化鎵薄膜及其制備方法，該薄膜用于增強(qiáng)近紅外發(fā)光。

背景技術(shù)

稀土摻雜材料在照明、激光、光纖通信和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，特別是擁有獨(dú)特發(fā)光特性的稀土摻雜半導(dǎo)體薄膜材料，在顯示發(fā)光、生物檢測等應(yīng)用中具有獨(dú)特的優(yōu)勢，受到了越來越多研究機(jī)構(gòu)和人員的關(guān)注。基質(zhì)材料的選取對于制備高性能稀土摻雜半導(dǎo)體薄膜材料并進(jìn)一步制備性能更加優(yōu)良的電子器件至關(guān)重要。氧化鎵(Ga₂O₃)是一種直接帶隙的III-V族化合物，有良好的化學(xué)、熱穩(wěn)定性，是一種近年來頗受關(guān)注的新型第三代半導(dǎo)體材料。一般而言，稀土離子4f電子受到外層5s5p電子的屏蔽保護(hù)從而可以減弱溫度、濕度等環(huán)境因素的影響，電子吸收能量而在稀土離子能級內(nèi)的光學(xué)躍遷被限定在4f內(nèi)層電子之間，所以稀土摻雜的氧化鎵薄膜的發(fā)光譜一般都是單一的、窄譜線的發(fā)光峰；同時(shí)它還有高亮度、低能耗和使用壽命較長等優(yōu)點(diǎn)。其中，稀土元素鉺(Er)能夠在近紅外波段1.54μm發(fā)光，且發(fā)光壽命較長，能夠被用于光纖信號傳輸發(fā)光中心的離子，有著極為廣泛應(yīng)用前景。

目前，Er摻雜的氧化鎵薄膜的研究還處于起步階段，現(xiàn)有的Er摻雜的氧化鎵薄膜普遍存在發(fā)光強(qiáng)度較弱，發(fā)光效率偏低的問題，難以滿足實(shí)用要求。這使得增強(qiáng)稀土離子在氧化鎵薄膜中的發(fā)光性質(zhì)顯得尤為迫切。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種稀土元素Yb和Er共摻雜的氧化鎵薄膜發(fā)光薄膜的制備方法，可應(yīng)用于近紅外發(fā)光材料領(lǐng)域。

本發(fā)明在Al₂O₃襯底上制備了一種增強(qiáng)近紅外發(fā)光稀土元素Yb和Er共摻雜的氧化鎵薄膜。該發(fā)明為氧化鎵基發(fā)光材料，特別是近紅外波段發(fā)光薄膜的制備提供理論和技術(shù)支持。

本發(fā)明的增強(qiáng)近紅外光致發(fā)光的稀土元素Yb和Er共摻雜的氧化鎵薄膜，包括依次疊置的襯底和氧化鎵薄膜，所述氧化鎵薄膜為Yb和Er共摻雜的β-Ga₂O₃薄膜，所述襯底為Al₂O₃襯底。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，所述Al₂O₃襯底是(0001)取向的。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，所述氧化鎵薄膜的厚度為100nm至300nm。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，所述Yb的摻雜濃度為2.5％，所述Er的摻雜濃度為0.5％。

本發(fā)明還提出一種Yb和Er摻雜的氧化鎵薄膜的制造方法，包括：在襯底上，采用激光脈沖沉積法生長氧化鎵薄膜。其中，所述氧化鎵薄膜為Yb和Er共摻雜的β-Ga₂O₃薄膜，所述襯底為Al₂O₃襯底。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，所述激光脈沖沉積法采用的靶材為Yb和Er的氧化鎵陶瓷。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，所述激光脈沖沉積法的生長參數(shù)包括：脈沖激光能量為1J/cm²～5J/cm²。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，所述激光脈沖沉積法的生長參數(shù)還包括：脈沖激光頻率為1Hz～5Hz。