CN101235483A - 利用直流反应磁控溅射制备p-ZnMgO薄膜的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的利用直流反应磁控溅射制备p－ZnMgO薄膜的方法，以Ga金属为施主掺杂源，以既含有N又含有O的单一反应气体制备p－ZnMgO薄膜的，掺杂浓度为1.64×1016－2.99×1018cm－3。其以ZnMgGa三元合金为靶材，制作方法简便，耗时少，可轻易制备不同含量的靶材。掺杂浓度可以通过调节输入的反应气体与Ar的不同分压比及靶材中Ga和Mg的含量来控制，掺杂浓度可控性、稳定性好。采用单一反应气体，简化了气流控制步骤，不需要退火就可以实现稳定优良的p型导电性。采用直流反应磁控溅射方法，可以大面积均匀生长p－ZnMgO薄膜。本发明方法制备的ZnMgO薄膜表面平整，晶粒大小均匀，具有择优取向。
Description
技术领域
本发明涉及p型掺杂ZnMgO薄膜及其制备方法。
背景技术
当Mg的摩尔含量不超过33at％时，ZnMgO薄膜与ZnO薄膜具有相同的晶体结构，相近的晶格常数，但Mg的掺入使ZnO的禁带展宽，可实现ZnO禁带宽度的裁剪，而且有报道指出Mg的掺入会对ZnMgO薄膜的导电类型产生影响。为了提高ZnO基光电器件的发光效率，一般采用形如p-ZnMgO/ZnO/n-ZnMgO的异质结、量子阱和超晶格结构，不仅要求势垒层的晶格常数与势阱匹配，而且需要生长稳定、可控的n型和p型ZnMgO晶体薄膜。目前国际上有一些关于p-ZnMgO的报道，包括Al-N，Li-N等共掺和Li等单掺，也采用了不同的生长方法，但ZnMgO薄膜的p型掺杂仍是世界性的难题，掺杂结果也不是十分理想，这一掺杂技术没有解决，将会大大影响ZnO基晶体薄膜在光电器件方面的应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用直流反应磁控溅射制备p-ZnMgO薄膜的方法。
本发明的利用直流反应磁控溅射制备p-ZnMgO薄膜的方法，其步骤如下：
先将衬底表面清洗后放入直流反应磁控溅射装置的反应室中，反应室抽真空，然后加热衬底，使衬底温度为400-600℃，以既含氧又含氮的气体作为反应气体，Ar作为溅射气体，该两种气体分别由气体流量计控制输入装置的缓冲室，在缓冲室充分混合后引入真空反应室，在3-5Pa压强下，以GaxMgyZn1-x-y，0≤x≤0.01，0≤y≤0.15为靶材，进行生长。
上述的既含氧又含氮的气体可以是N2O、NO或NO2。衬底可以为蓝宝石、硅或玻璃。
本发明的p-ZnMgO薄膜以反应气体作为受主掺杂源，以金属Ga作为施主掺杂源，掺杂浓度为1.46×1016-2.99×1018cm-3。掺杂浓度可以通过反应气体与Ar的分压比以及靶材中的Ga和Mg的含量进行调节。生长的时间由薄膜所需的厚度决定。
本发明中，反应气体又可提供生长p-ZnMgO薄膜所需的O。
本发明的优点是：
1)设备简单，操作方便。
2)靶材为金属合金，制作方法简便，耗时少，可轻易制备不同Ga和Mg含量的靶材，以便调节制备的p-ZnMgO薄膜的禁带宽度。
3)采用直流反应磁控溅射方法，可以大面积均匀生长p-ZnMgO薄膜。
4)掺杂浓度可控性、稳定性好，可以通过调节反应气体与Ar的不同分压比及靶材中Ga和Mg的含量来控制。
5)本发明制备过程中，N源和O源采用同一反应气体，简化了气流控制步骤，不需要退火就可以实现稳定优良的p型导电性。
6)本发明方法制备的p-ZnMgO薄膜表面平整，晶粒大小均匀，具有择优取向。
附图说明
图1是根据本发明方法采用的直流反应磁控溅射装置示意图；
图中1和2分别为反应气体和Ar气的进气管路；3为流量计；4为缓冲室；5为样品架；6为加热器；7为真空计；8为自动压强控制仪；9为靶头；10为衬底；
图2是p-ZnMgO薄膜表面的FE-SEM(场发射扫描电镜)图；
图3是玻璃上沉积的p-ZnMgO薄膜的XRD(X射线衍射)图。
具体实施方式
实施例：以玻璃为衬底，N2O为反应气体生长p-ZnMgO薄膜。具体步骤如下：
1.制备靶材：
靶材原料选用纯度为99.99％的金属Zn、Mg和Ga，按化学式GaxMgyZn1-x-y，0≤x≤0.01，0≤y≤0.15配料，放入高温熔炉熔炼，制成靶材。
2.制备p-ZnMgO薄膜：
在沉积薄膜之前，玻璃先用乙醇超声波清洗30min，再用N2气吹干放到衬底架上。把制备好的靶材装在靶头上，调整衬底架的位置，使衬底与靶面保持6cm的距离，并用挡板将衬底和靶材隔开，生长室抽真空到5×10-3Pa。然后衬底加热至510℃，通入N2O和Ar气，分压比为N2O∶Ar＝2∶3，压强控制在4Pa。预溅射15min除去靶材表面的玷污，然后旋开挡板，在72W功率下溅射30min得到p-ZnMgO薄膜。
按上述的制备步骤，通过改变Mg、Ga的摩尔百分含量，来获得p-ZnMgO晶体薄膜，表1给出了几个不同Ga、Mg含量靶材的实施例及其制备的薄膜的电学性能：
| 靶材中Mg含量 | 靶材中Ga含量 | 电阻率(Ω·cm) | 迁移率(cm2/V·s) | 载流子浓度(cm-3) | 导电类型 |
| 00.010.050.10.150.10 | 0.0040.0040.0040.0040.0040.010.004 | 6474.2365223573011864 | 0.3130.1340.1540.2790.06660.9440.0326 | 3.11×10176.29×10171.11×10171.01×10171.64×10165.61×10162.99×1018 | ppppppp |
本发明方法制得的p-ZnMgO薄膜的FE-SEM图，如图2所示。p-ZnMgO薄膜的XRD图，如图3所示。
Claims (3)
1.利用直流反应磁控溅射制备p-ZnMgO薄膜的方法，其步骤如下：
先将衬底表面清洗后放入直流反应磁控溅射装置的反应室中，反应室抽真空，然后加热衬底，使衬底温度为400-600℃，以既含氧又含氮的气体作为反应气体，Ar作为溅射气体，该两种气体分别由气体流量计控制输入装置的缓冲室，在缓冲室充分混合后引入真空反应室，在3-5Pa压强下，以GaxMgyZn1-x-y，0≤x≤0.01，0≤y≤0.15为靶材，进行生长。
2.根据权利要求1所述的制备p-ZnMgO薄膜的方法，其特征是所说的既含氧又含氮的气体为N2O、NO或NO2。
3.根据权利要求1所述的制备p-ZnMgO薄膜的方法，其特征是衬底为蓝宝石、硅或玻璃。
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Cited By (3)
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|---|---|---|---|---|
| CN101818324A (zh) * | 2010-04-13 | 2010-09-01 | 浙江大学 | 柔性衬底生长n型ZnMgO:Ga透明导电薄膜的方法 |
| CN110970529A (zh) * | 2019-12-06 | 2020-04-07 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种高性能混相ZnMgO薄膜的制备方法及ZnMgO薄膜 |
| CN113088907A (zh) * | 2021-03-26 | 2021-07-09 | 哈尔滨工业大学 | 一种具有深紫外探测功能的MgGaZnO薄膜的制备方法 |
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2008
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| CN110970529A (zh) * | 2019-12-06 | 2020-04-07 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种高性能混相ZnMgO薄膜的制备方法及ZnMgO薄膜 |
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