專利名稱：一種鎂砷共摻雜p型氧化鋅薄膜的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體激光器領(lǐng)域，具體來說涉及一種可用于半導(dǎo)體激光二極管的鎂砷共摻雜P型氧化鋅薄膜的制造方法。
背景技術(shù)：
氧化鋅(ZnO)無論在晶格結(jié)構(gòu)、晶胞參數(shù)還是在禁帶寬度上都與GaN相似，且具有比GaN更高的熔點和更大的激子束縛能，又具有較低的光致發(fā)光和受激輻射的閾值以及良好的機(jī)電耦合特性、熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性。因而在藍(lán)紫光發(fā)光二極管、激光器及其相關(guān)光電器件方面的應(yīng)用有巨大的潛力。在室溫下，氧化鋅(ZnO)的禁帶寬度為3.37eV，自由激子結(jié)合能高達(dá)60meV,遠(yuǎn)大于GaN的激子結(jié)合能25meV和室溫?zé)犭x化能26meV,因此更容易在室溫或更高溫度下實現(xiàn)激子增益。但是，ZnO走向光電器件應(yīng)用的關(guān)鍵是實現(xiàn)穩(wěn)定可靠且低阻的P型ZnO薄膜。ZnO由于存在諸多本征施主缺陷(如Zni, V0等)和非故意摻雜的H等雜質(zhì)，通常表現(xiàn)為n型。這些施主缺陷的存在能對摻入的受主雜質(zhì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的自補償效應(yīng)，所以難以實現(xiàn)ZnO的P型摻雜。ZnO同質(zhì)結(jié)紫外激射二極管需要做多層量子阱結(jié)構(gòu)，而且所用P-ZnO遷移率較低、穩(wěn)定性較差。發(fā)展結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、光增益高的紫外激光二極管具有重要的應(yīng)用價值。目前，業(yè)內(nèi)已有通過共摻雜的方式來得到p型氧化鋅薄膜的報道。例如，在氧化鋅中摻入鎂和銻來形成Mg-Sb共摻雜p型ZnO薄膜，其中鎂(Mg)作為ZnO的摻雜劑可以有效地增大ZnO的禁帶寬度，于是ZnO中 的本征淺施主能級便會遠(yuǎn)離導(dǎo)帶邊，從而增大了其電離能，減弱了 ZnO的n型導(dǎo)電特性。但是由于ZnO中存在的本征淺施主缺陷的自補償作用，使得Sb很難被用來摻雜制備p型ZnO材料。


圖1是本發(fā)明提出的制造方法所制得的鎂砷共摻雜p型氧化鋅薄膜的結(jié)構(gòu)示意發(fā)明內(nèi)容:本發(fā)明提出的制造方法依次包括如下步驟:第一步，選取藍(lán)寶石作為襯底1，將該襯底I放置到具有無水乙醇的超聲波振蕩器中進(jìn)行清洗，以去除襯底I表面的油脂，然后再將其放置到具有去離子水的超聲波振蕩器中進(jìn)行清洗，以去除殘余的無水乙醇；第二步，將純度為99.99%的氧化鋅粉末、鎂的摩爾含量為8-13%的氧化鎂粉末以及砷的摩爾含量為0.5-1.5%的氧化砷粉末進(jìn)行混合，然后壓制形成靶材；第三步，將完成第一步工藝的襯底I放入磁控濺射反應(yīng)室中，利用射頻磁控濺射方法，在惰性氣體環(huán)境中將靶材濺射沉積在襯底之上，從而在襯底I上形成厚度為200-400nm的鎂砷共摻雜的p型ZnO晶體薄膜2 ；
第四步，對完成第三步的襯底I進(jìn)行熱退火，退火氣氛為氧氣，退火溫度為700°C，退火時間為40分鐘；第五步，將完成第四步的襯底自然冷卻。其中，射頻磁控濺射反應(yīng)室的真空度為10_5帕斯卡。其中，襯底I在射頻磁控濺射前，先進(jìn)行加熱并保持溫度600°C。其中，射頻磁控濺射的射頻功率100W，射頻磁控濺射時間為2.5小時。其中，所述鎂砷共摻雜的p型ZnO晶體薄膜中Mg的摩爾百分含量是8-13%，砷的摩爾百分含量是0.5-1.5% ；其中，在常溫下，鎂砷共摻雜的p型ZnO晶體薄膜的壓電常數(shù)d33大于18pC/N，其電阻率大于IO10Q cm。
具體實施方式
:下面通過具體實施方式
對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。實施例1 所述p型ZnO晶體薄膜中Mg的摩爾百分含量是8-13%，砷的摩爾百分含量是
0.5-1.5%。經(jīng)過鎂砷共摻雜后生長的p型ZnO晶體薄膜在常溫下，其壓電常數(shù)d33大于18pC/N，其電阻率大于P大于IOiciQ cm。下面介紹本發(fā)明提出的鎂砷共摻雜生長p型ZnO晶體薄膜的制造方法進(jìn)行說明。第一步，選取藍(lán)寶石作為襯底1，將該襯底I放置到具有無水乙醇的超聲波振蕩器中進(jìn)行清洗，以去除襯底I表面的油脂，然后再將其放置到具有去離子水的超聲波振蕩器中進(jìn)行清洗，以去除殘余的無水乙醇；第二步，將純度為99.99%的氧化鋅粉末、鎂的摩爾含量為8-13%的氧化鎂粉末以及砷的摩爾含量為0.5-1.5%的氧化砷粉末進(jìn)行混合，然后壓制形成靶材；第三步，將完成第一步工藝的襯底I放入磁控濺射反應(yīng)室中，利用射頻磁控濺射方法，在惰性氣體環(huán)境中將靶材濺射沉積在襯底之上，從而在襯底I上形成厚度為200-400nm的鎂砷共摻雜的p型ZnO晶體薄膜2 ；第四步，對完成第三步的襯底I進(jìn)行熱退火，退火氣氛為氧氣，退火溫度為700°C，退火時間為40分鐘。第五步，將完成第四步的襯底自然冷卻。其中，射頻磁控濺射反應(yīng)室的真空度為10_5帕斯卡。其中，襯底I在射頻磁控濺射前，先進(jìn)行加熱并保持溫度600°C。其中，射頻磁控濺射的射頻功率100W，射頻磁控濺射時間為2.5小時。實施例2所述p型ZnO晶體薄膜中Mg的摩爾百分含量是11%，砷的摩爾百分含量是0.8 %。經(jīng)過鎂砷共摻雜后生長的P型ZnO晶體薄膜在常溫下，其壓電常數(shù)d33大于18pC/N，其電阻率大于P大于IOiciQ cm。下面介紹本發(fā)明提出的鎂砷共摻雜生長p型ZnO晶體薄膜的制造方法進(jìn)行說明。第一步，選取藍(lán)寶石作為襯底1，將該襯底I放置到具有無水乙醇的超聲波振蕩器中進(jìn)行清洗，以去除襯底I表面的油脂，然后再將其放置到具有去離子水的超聲波振蕩器中進(jìn)行清洗，以去除殘余的無水乙醇；第二步，將純度為99.99%的氧化鋅粉末、鎂的摩爾含量為11%的氧化鎂粉末以及砷的摩爾含量為0.8%的氧化砷粉末進(jìn)行混合，然后壓制形成靶材；第三步，將完成第一步工藝的襯底I放入磁控濺射反應(yīng)室中，利用射頻磁控濺射方法，在惰性氣體環(huán)境中將靶材濺射沉積在襯底之上，從而在襯底I上形成厚度為300nm的鎂砷共摻雜的P型ZnO晶體薄膜2 ；第四步，對完成第三步的襯底I進(jìn)行熱退火，退火氣氛為氧氣，退火溫度為700°C，退火時間為40分鐘。第五步，將完成第四步的襯底自然冷卻。其中，射頻磁控濺射反應(yīng)室的真空度為10_5帕斯卡。其中，襯底I在射頻磁控 濺射前，先進(jìn)行加熱并保持溫度600°C。以上實施方式已經(jīng)對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，但上述實施方式并非為了限定本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種鎂砷共摻雜P型氧化鋅薄膜的制造方法，依次包括如下步驟: 第一步，選取藍(lán)寶石作為襯底1，將該襯底I放置到具有無水乙醇的超聲波振蕩器中進(jìn)行清洗，以去除襯底I表面的油脂，然后再將其放置到具有去離子水的超聲波振蕩器中進(jìn)行清洗，以去除殘余的無水乙醇； 第二步，將純度為99.99%的氧化鋅粉末、鎂的摩爾含量為8-13%的氧化鎂粉末以及砷的摩爾含量為0.5-1.5%的氧化砷粉末進(jìn)行混合，然后壓制形成靶材； 第三步，將完成第一步工藝的襯底I放入磁控濺射反應(yīng)室中，利用射頻磁控濺射方法，在惰性氣體環(huán)境中將靶材濺射沉積在襯底之上，從而在襯底I上形成厚度為200-400nm的鎂砷共摻雜的P型ZnO晶體薄膜2 ； 第四步，對完成第三步的襯底I進(jìn)行熱退火，退火氣氛為氧氣，退火溫度為700°C，退火時間為40分鐘； 第五步，將完成第四步的襯底自然冷卻。
2.如權(quán)利要求1所述的鎂砷共摻雜P型氧化鋅薄膜的制造方法，其特征在于:其中，射頻磁控濺射反應(yīng)室的真空度為10_5帕斯卡，射頻磁控濺射的射頻功率100W，射頻磁控濺射時間為2.5小時。
3.如權(quán)利要求1或2所述的鎂砷共摻雜p型氧化鋅薄膜的制造方法，其特征在于: 其中，襯底I在射頻磁控濺射前，先進(jìn)行加熱并保持溫度600°C。
4.如權(quán)利要求1-3任意之一所述的鎂砷共摻雜p型氧化鋅薄膜的制造方法，其特征在于:其中，所述鎂砷共摻雜的P型ZnO晶體薄膜中Mg的摩爾百分含量是8-13%，砷的摩爾百分含量是0.5-1.5 %，在常溫下，鎂砷共摻雜的p型ZnO晶體薄膜的壓電常數(shù)d33大于約18pC/N，其電阻率大于約IOiciQ cm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鎂砷共摻雜p型氧化鋅薄膜的制造方法，依次包括將藍(lán)寶石作為襯底放置到具有無水乙醇的超聲波振蕩器中進(jìn)行清洗，去除襯底表面的油脂，再將其放置到具有去離子水的超聲波振蕩器中進(jìn)行清洗，去除殘余的無水乙醇；將純度為99.99％的氧化鋅粉末、鎂的摩爾含量為8-13%的氧化鎂粉末以及砷的摩爾含量為0.5-1.5％的氧化砷粉末進(jìn)行混合，然后壓制形成靶材；將襯底放入磁控濺射反應(yīng)室中，利用射頻磁控濺射方法，在惰性氣體環(huán)境中將靶材濺射沉積在襯底之上，從而在襯底上形成厚度為200-400nm的鎂砷共摻雜的p型ZnO晶體薄膜；第五步，將完成第四步的襯底自然冷卻。
文檔編號C23C14/08GK103147042SQ201310067218
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月1日
發(fā)明者錢時昌 申請人:溧陽華晶電子材料有限公司