CN103151708B - 一种镁砷共掺杂p型氧化锌薄膜 - Google Patents

一种镁砷共掺杂p型氧化锌薄膜 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种镁砷共掺杂p型氧化锌薄膜，所述镁砷共掺杂p型ZnO晶体薄膜中Mg的摩尔百分含量是8-13％，砷的摩尔百分含量是0.5-1.5％，其中，在常温下，所述镁砷共掺杂后p型ZnO晶体薄膜的压电常数d33大于约18pC/N，其电阻率大于约1010Ω·cm。

Description

一种镁砷共掺杂p型氧化锌薄膜
技术领域
本发明属于半导体激光器领域，具体来说涉及一种可用于半导体激光二极管的一种镁砷共掺杂p型氧化锌薄膜。
背景技术
氧化锌（ZnO）无论在晶格结构、晶胞参数还是在禁带宽度上都与GaN相似，且具有比GaN更高的熔点和更大的激子束缚能，又具有较低的光致发光和受激辐射的阈值以及良好的机电耦合特性、热稳定性和化学稳定性。因而在蓝紫光发光二极管、激光器及其相关光电器件方面的应用有巨大的潜力。在室温下，氧化锌（ZnO）的禁带宽度为3.37eV，自由激子结合能高达60meV，远大于GaN的激子结合能25meV和室温热离化能26meV，因此更容易在室温或更高温度下实现激子增益。但是，ZnO走向光电器件应用的关键是实现稳定可靠且低阻的p型ZnO薄膜。ZnO由于存在诸多本征施主缺陷(如Zni，Vo等)和非故意掺杂的H等杂质，通常表现为n型。这些施主缺陷的存在能对掺入的受主杂质产生强烈的自补偿效应，所以难以实现ZnO的P型掺杂。ZnO同质结紫外激射二极管需要做多层量子阱结构，而且所用p-ZnO迁移率较低、稳定性较差。发展结构简单、成本低廉、光增益高的紫外激光二极管具有重要的应用价值。
目前，业内已有通过共掺杂的方式来得到p型氧化锌薄膜的报道。例如，在氧化锌中掺入镁和锑来形成Mg-Sb共掺杂p型ZnO薄膜，其中镁(Mg)作为ZnO的掺杂剂可以有效地增大ZnO的禁带宽度，于是ZnO中的本征浅施主能级便会远离导带边，从而增大了其电离能，减弱了ZnO的n型导电特性。但是由于ZnO中存在的本征浅施主缺陷的自补偿作用，使得Sb很难被用来掺杂制备p型ZnO材料。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
发明内容：
本发明的目的是克服目前p型ZnO掺杂所存在的不足，提供镁砷共掺杂生长p型ZnO晶体薄膜。
所述p型ZnO晶体薄膜中Mg的摩尔百分含量是8-13％，砷的摩尔百分含量是0.5-1.5％。
本发明的有益效果是经过镁砷共掺杂后生长的p型ZnO晶体薄膜在常温下，其压电常数d33大于18pC/N，其电阻率大于1010Ω·cm。
具体实施方式：
下面通过具体实施方式对本发明进行详细说明。
实施例1
所述p型ZnO晶体薄膜中Mg的摩尔百分含量是8-13％，砷的摩尔百分含量是0.5-1.5％。经过镁砷共掺杂后生长的p型ZnO晶体薄膜在常温下，其压电常数d33大于18pC/N，其电阻率大于ρ大于1010Ω·cm。
下面介绍本发明提出的镁砷共掺杂生长p型ZnO晶体薄膜的制造方法进行说明。
第一步，选取蓝宝石作为衬底1，将该衬底1放置到具有无水乙醇的超声波振荡器中进行清洗，以去除衬底1表面的油脂，然后再将其放置到具有去离子水的超声波振荡器中进行清洗，以去除残余的无水乙醇；
第二步，将纯度为99.99％的氧化锌粉末、镁的摩尔含量为8-13%的氧化镁粉末以及砷的摩尔含量为0.5-1.5％的氧化砷粉末进行混合，然后压制形成靶材；
第三步，将完成第一步工艺的衬底1放入磁控溅射反应室中，利用射频磁控溅射方法，在惰性气体环境中将靶材溅射沉积在衬底之上，从而在衬底1上形成厚度为200-400nm的镁砷共掺杂的p型ZnO晶体薄膜2；
第四步，对完成第三步的衬底1进行热退火，退火气氛为氧气，退火温度为700℃，退火时间为40分钟。
第五步，将完成第四步的衬底自然冷却。
其中，射频磁控溅射反应室的真空度为10-5帕斯卡。
其中，衬底1在射频磁控溅射前，先进行加热并保持温度600℃。
其中，射频磁控溅射的射频功率100W，射频磁控溅射时间为2.5小时。
实施例2
所述p型ZnO晶体薄膜中Mg的摩尔百分含量是11％，砷的摩尔百分含量是0.8％。经过镁砷共掺杂后生长的p型ZnO晶体薄膜在常温下，其压电常数d33大于18pC/N，其电阻率大于ρ大于1010Ω·cm。
下面介绍本发明提出的镁砷共掺杂生长p型ZnO晶体薄膜的制造方法进行说明。
第一步，选取蓝宝石作为衬底1，将该衬底1放置到具有无水乙醇的超声波振荡器中进行清洗，以去除衬底1表面的油脂，然后再将其放置到具有去离子水的超声波振荡器中进行清洗，以去除残余的无水乙醇；
第二步，将纯度为99.99％的氧化锌粉末、镁的摩尔含量为11%的氧化镁粉末以及砷的摩尔含量为0.8％的氧化砷粉末进行混合，然后压制形成靶材；
第三步，将完成第一步工艺的衬底1放入磁控溅射反应室中，利用射频磁控溅射方法，在惰性气体环境中将靶材溅射沉积在衬底之上，从而在衬底1上形成厚度为300nm的镁砷共掺杂的p型ZnO晶体薄膜2；
第四步，对完成第三步的衬底1进行热退火，退火气氛为氧气，退火温度为700℃，退火时间为40分钟。
第五步，将完成第四步的衬底自然冷却。
其中，射频磁控溅射反应室的真空度为10-5帕斯卡。
其中，衬底1在射频磁控溅射前，先进行加热并保持温度600℃。
其中，射频磁控溅射的射频功率100W，射频磁控溅射时间为2.5小时。
以上实施方式已经对本发明进行了详细的介绍，但上述实施方式并非为了限定本发明的范围，本发明的保护范围由所附的权利要求限定。

Claims (1)

1.一种镁砷共掺杂p型氧化锌薄膜，其特征在于：
所述镁砷共掺杂p型ZnO晶体薄膜中Mg的摩尔百分含量是11％，砷的摩尔百分含量是0.8％，其中，
在常温下，所述镁砷共掺杂后p型ZnO晶体薄膜的压电常数d33大于18pC/N，其电阻率大于1010Ω·cm；
所述镁砷共掺杂p型氧化锌薄膜通过射频磁控溅射方法来形成，其厚度为200-400nm。
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