CN1207450C - 一种用于发蓝光器件的晶体薄膜的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了用于发蓝光器件的Zn1-xCdxO晶体薄膜(薄膜中Cd的含量为0＜x＜0.5)的制备方法，采用直流反应磁控溅射法，根据实际需要通过调节Cd的含量，可以调节Zn1-xCdxO合金薄膜禁带宽度和发光波长，发光范围从紫外光扩展到蓝光甚至绿光范围。生长的时间由所需的厚度决定。采用本发明方法生长的Zn1-xCdxO合金薄膜结晶质量良好，具有完全(002)择优取向性；并具有较好的重复性和稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及用于发蓝光器件的晶体薄膜的制备方法。
背景技术
ZnO是六角纤锌矿结构、直接宽禁带半导体，室温下禁带宽度为3.3eV，其激子束缚能高达60meV，在紫外及蓝光发光器件和探测器方面具有很广阔的应用前景和市场潜力。然而要实现ZnO基光电功能器件的应用，除要求晶体质量良好，还必须实现其能带可调。由于CdO本身不能作为发光材料方面的应用，而且含CdO过高的Zn1-xCdxO薄膜，会使薄膜中的缺陷载流子浓度较高，甚至达到1019/cm3数量级，普遍认为不利于发光，目前ZnO与CdO形成合金主要是作为透明导电氧化物方面的研究来报道的。此外，CdO具有与ZnO不同的晶体结构一立方结构，Cd的离子半径(0.97)较Zn(0.74)大，因此CdO不可能与ZnO形成完全固溶体，现在研究生长Zn1-xCdxO薄膜的方法有：溶胶凝胶法、喷雾高温分解法、分子束外延以及脉冲激光沉积法。前两种方法制备的薄膜近似于非晶态；后两种方法生长的Zn1-xCdxO薄膜多为ZnO、CdO以及其它相的多相结构，甚至根本没有形成合金薄膜，不具有发光性质。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于发蓝光器件的晶体薄膜的制备方法。本发明的用于发蓝光器件的晶体薄膜是Zn1-xCdxO晶体薄膜，薄膜中Cd的摩尔含量为0＜x＜0.5。
本发明的用于发蓝光器件的晶体薄膜的制备采用直流反应磁控溅射法，步骤如下：
首先将衬底表面清洗后放入磁控溅射装置的反应室中，反应室真空度抽到至少10-3Pa，然后加热衬底，使衬底温度为300～600℃，以高纯Ar和高纯O2作为溅射气体，氩气∶氧气为1∶4，该两种气体分别由流量计控制输入装置的缓冲室，在缓冲室充分混和后引入真空反应室，在3～7Pa压强下，以高纯Zn-Cd合金作为靶材，保持衬底与靶材距离为50～70毫米，功率40～60W进行溅射生长。
上述的高纯Zn-Cd合金靶材是通过高纯Zn和高纯Cd混合后进行真空熔炼、切削加工而成，其中，Cd与Zn的质量比控制在0＜Cd∶Zn＜60∶40。根据实际需要通过调节Cd的含量，可以调节Zn1-xCdxO合金薄膜禁带宽度和发光波长。生长的时间由所需的厚度决定。
上述衬底可以采用硅、蓝宝石或玻璃。加热衬底，优选温度为400～500℃。
本发明的优点：
1)提供了一种用于发蓝光器件的新材料，通过调节Cd组分含量得到可调的带隙(3.3eV～2.8eV)，使ZnO基材料的发光范围从紫外光扩展到蓝光甚至绿光范围，能够实现其发光波长的红移。
2)采用本发明方法生长的Zn1-xCdxO合金薄膜结晶质量良好，具有完全(002)择优取向性；并具有较好的重复性和稳定性。
附图说明
附图是生长本发明用于发蓝光器件的直流反应磁控溅射装置示意图
图中1和2分别为氩气和氧气的进气管路；3流量计；4缓冲室；5样品架；6加热器；7真空计；8自动压强控制仪；9S枪；10挡板。
具体实施方式
以下结合具体实例进一步说明本发明的实现方法。
先将衬底经过表面清洗后放入反应室样品架5上，衬底朝下放置，有效防止颗粒状的杂质对衬底的污染，反应室真空度抽至10-3Pa；利用加热器，加热衬底，衬底温度控制在450℃；溅射气体是高纯的Ar(99.99％以上)和高纯的O2(99.99％以上)，两路气体经进气管1和2进入缓冲室4，在缓冲室充分混和后引入到真空室，真空室内的压强由自动压强控制仪8控制，压强约为4Pa左右。氩氧比控制在Ar∶O2＝1∶4，这可以通过流量计3来实现；以S枪9上的高纯Zn-Cd(99.9999％)合金作为靶材，保持衬底与靶材距离为60毫米左右，进行溅射。生长薄膜之前，先用挡板10遮住衬底，对靶材预溅射10分钟，以除去靶材表面的氧化物；溅射电流稳定后，调节溅射电压和溅射电流分别为200V和0.2A，移开挡板10，进行溅射生长。半小时可以生长0.5微米左右的晶体薄膜。此例中，高纯Zn-Cd合金靶材是通过高纯Zn和高纯Cd(Zn∶Cd＝80∶20)混合后进行真空熔炼、切削加工而成。
Claims (2)
1.用于发蓝光器件晶体薄膜的制备方法，其特征在于它是Zn1-xCdxO晶体薄膜，薄膜中Cd的摩尔含量为0＜x＜0.5，制备包括以下步骤：首先将衬底表面清洗后放入磁控溅射装置的反应室中，反应室真空度抽到至少10-3Pa，然后加热衬底，使衬底温度为300～600℃，以高纯Ar和高纯O2作为溅射气体，氩气∶氧气为1∶4，该两种气体分别由流量计控制输入装置的缓冲室，在缓冲室充分混和后引入真空反应室，在3～7Pa压强下，以高纯Zn-Cd合金作为靶材，保持衬底与靶材距离为50～70毫米，功率40～60W进行溅射生长。
2.根据权利要求1所述的用于发蓝光器件晶体薄膜的制备方法，其特征是高纯Zn-Cd合金靶材是通过高纯Zn和高纯Cd混合后进行真空熔炼、切削加工而成，其中，Cd与Zn的质量比控制在0＜Cd∶Zn＜60∶40。
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