一種氮鎂共摻雜的p型氧化鋅薄膜的製作方法

2023-04-27 15:33:51

專利名稱：一種氮鎂共摻雜的p型氧化鋅薄膜的製作方法
技術領域：
本發明屬於半導體雷射器領域，具體來說涉及一種可用於半導體雷射二極體的一種氮鎂共摻雜的P型氧化鋅薄膜。
背景技術：
氧化鋅(ZnO)無論在晶格結構、晶胞參數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光和受激輻射的閾值以及良好的機電耦合特性、熱穩定性和化學穩定性。因而在藍紫光發光二極體、雷射器及其相關光電器件方面的應用有巨大的潛力。在室溫下，氧化鋅(ZnO)的禁帶寬度為3.37eV，自由激子結合能高達60meV,遠大於GaN的激子結合能25meV和室溫熱離化能26meV,因此更容易在室溫或更高溫度下實現激子增益。但是，ZnO走向光電器件應用的關鍵是實現穩定可靠且低阻的P型ZnO薄膜。ZnO由於存在諸多本徵施主缺陷(如Zni, V0等)和非故意摻雜的H等雜質，通常表現為n型。這些施主·缺陷的存在能對摻入的受主雜質產生強烈的自補償效應，所以難以實現ZnO的P型摻雜。ZnO同質結紫外激射二極體需要做多層量子阱結構，而且所用P-ZnO遷移率較低、穩定性較差。發展結構簡單、成本低廉、光增益高的紫外雷射二極體具有重要的應用價值。目前，業內已有通過共摻雜的方式來得到p型氧化鋅薄膜的報導。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，於是ZnO中的本徵淺施主能級便會遠離導帶邊，從而增大了其電離能，減弱了 ZnO的n型導電特性。但是由於ZnO中存在的本徵淺施主缺陷的自補償作用，使得Sb很難被用來摻雜製備p型ZnO材料。


圖1是本發明的結構示意發明內容:本發明的目的是克服目前p型ZnO摻雜所存在的不足，提供一種氮鎂共摻雜的P
型氧化鋅薄膜。所述p型ZnO晶體薄膜中Mg的摩爾百分含量是5_11 %，氮的摩爾百分含量是
0.8-1.7%。本發明的有益效果是經過氮鎂共摻雜後生長的p型ZnO晶體薄膜在常溫下，其壓電常數d33大於16pC/N，其電阻率大於1.2 X 101° Q cm。
具體實施方式
:下面通過具體實施方式
對本發明進行詳細說明。實施例1
所述P型ZnO晶體薄膜中Mg的摩爾百分含量是5-11 %，氮的摩爾百分含量是
0.8-1.7%。經過氮鎂共摻雜後生長的p型ZnO晶體薄膜在常溫下，其壓電常數d33大於16pC/N，其電阻率大於P大於1.2 X 101° Q *011。下面介紹本發明提出的氮鎂共摻雜生長P型ZnO晶體薄膜的製造方法進行說明。第一步，選取藍寶石作為襯底1，將該襯底I放置到具有無水乙醇的超聲波振蕩器中進行清洗，以去除襯底I表面的油脂，然後再將其放置到具有去離子水的超聲波振蕩器中進行清洗，以去除殘餘的無水乙醇；第二步，將純度為99.99%的氧化鋅粉末、鎂的摩爾含量為5-11%的氧化鎂粉末進行混合，然後壓制形成靶材；第三步，將完成第一步工藝的襯底I放入磁控濺射反應室中，向該磁控濺射反應室通入氮的摩爾含量為0.8-1.7%的N0、N02混合氣體後施加射頻功率，該射頻功率使得NO和NO2氣體活化，並將靶材濺射沉積在襯底之上，從而在襯底I上形成厚度為300-400nm的氮鎂共摻雜的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，先進行加熱並保持溫度600°C。其中，射頻磁控濺射的射頻功率120-200W，射頻磁控濺射時間為2-3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9%，氮的摩爾百分含量是1.2%。經過氮鎂共摻雜後生長的P型ZnO晶體薄膜在常溫下，其壓電常數d33大於16pC/N，其電阻率大於P大於1.2X101CIQ下面介紹本發明提出的氮鎂共摻雜生長p型ZnO晶體薄膜的製造方法進行說明。第一步，選取藍寶石作為襯底1，將該襯底I放置到具有無水乙醇的超聲波振蕩器中進行清洗，以去除襯底I表面的油脂，然後再將其放置到具有去離子水的超聲波振蕩器中進行清洗，以去除殘餘的無水乙醇；第二步，將純度為99.99%的氧化鋅粉末、鎂的摩爾含量為9%的氧化鎂粉末壓制形成靶材；；第三步，向該磁控濺射反應室通入氮的摩爾含量為1.2%的NO、NO2混合氣體後施加射頻功率，該射頻功率使得NO和NO2氣體活化，並將靶材濺射沉積在襯底之上，從而在襯底I上形成厚度為360nm的氮鎂共摻雜的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，先進行加熱並保持溫度600°C。其中，射頻磁控濺射的射頻功率160W，射頻磁控濺射時間為2.5小時。以上實施方式已經對本發明進行了詳細的介紹，但上述實施方式並非為了限定本發明的範圍，本發明的保護範圍由所附的權利要求限定。
權利要求
1.一種氮鎂共摻雜的P型氧化鋅薄膜，其特徵在於: 所述P型氧化鋅薄膜中Mg的摩爾百分含量是5-11 %，氮的摩爾百分含量是0.8-1.7 %;其中，所述P型氧化鋅薄膜在常溫下，其壓電常數d33大於16pC/N，其電阻率大於1.2 X IO10 Q cm。
2.如權利要求1所述的氮鎂共摻雜P型氧化鋅薄膜，其特徵在於: 所述氮鎂共摻雜的P型氧化鋅薄膜在藍寶石襯底上通過射頻磁控濺射方法來形成，其厚度約為3 00-400nm。
全文摘要
本發明公開了一種氮鎂共摻雜的p型氧化鋅薄膜，所述p型氧化鋅薄膜中Mg的摩爾百分含量是5-11％，氮的摩爾百分含量是0.8-1.7％；其中，所述p型氧化鋅薄膜在常溫下，其壓電常數d33大於16pC/N，其電阻率大於1.2×1010Ω·cm。
文檔編號H01S5/327GK103166112SQ20131006603
公開日2013年6月19日 申請日期2013年3月1日 優先權日2013年3月1日
發明者錢時昌 申請人:溧陽華晶電子材料有限公司