專(zhuān)利名稱(chēng)：：利用直流反應(yīng)磁控濺射制備p-ZnMgO薄膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及p型摻雜ZnMgO薄膜及其制備方法。技術(shù)背景當(dāng)Mg的摩爾含量不超過(guò)33atM時(shí)，ZnMgO薄膜與ZnO薄膜具有相同的晶體結(jié)構(gòu)，相近的晶格常數(shù)，但Mg的摻入使ZnO的禁帶展寬，可實(shí)現(xiàn)ZnO禁帶寬度的裁剪，而且有報(bào)道指出Mg的摻入會(huì)對(duì)ZnMgO薄膜的導(dǎo)電類(lèi)型產(chǎn)生影響。為了提高ZnO基光電器件的發(fā)光效率，一般采用形如p-ZnMgO/ZnO/n-ZnMgO的異質(zhì)結(jié)、量子阱和超晶格結(jié)構(gòu)，不僅要求勢(shì)壘層的晶格常數(shù)與勢(shì)阱匹配，而且需要生長(zhǎng)穩(wěn)定、可控的n型和p型ZnMgO晶體薄膜。目前國(guó)際上有一些關(guān)于p-ZnMgO的報(bào)道，包括A1-N，Li-N等共慘和Li等單摻，也采用了不同的生長(zhǎng)方法，但ZnMgO薄膜的p型摻雜仍是世界性的難題，摻雜結(jié)果也不是十分理想，這一摻雜技術(shù)沒(méi)有解決，將會(huì)大大影響ZnO基晶體薄膜在光電器件方面的應(yīng)用。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種利用直流反應(yīng)磁控濺射制備p-ZnMgO薄膜的方法。本發(fā)明的利用直流反應(yīng)磁控濺射制備p-ZnMgO薄膜的方法，其步驟如下先將襯底表面清洗后放入直流反應(yīng)磁控濺射裝置的反應(yīng)室中，反應(yīng)室抽真空，然后加熱襯底，使襯底溫度為400-60(TC，以既含氧又含氮的氣體作為反應(yīng)氣體，Ar作為濺射氣體，該兩種氣體分別由氣體流量計(jì)控制輸入裝置的緩沖室，在緩沖室充分混合后引入真空反應(yīng)室，在3-5Pa壓強(qiáng)下，以GaxMgyZni_x.y，0《x《0.01，0《y《0.15為耙材，進(jìn)行生長(zhǎng)。上述的既含氧又含氮的氣體可以是N20、NO或N02。襯底可以為藍(lán)寶石、硅或玻璃。本發(fā)明的p-ZnMgO薄膜以反應(yīng)氣體作為受主摻雜源，以金屬Ga作為施主摻雜源，摻雜濃度為1.46xl016-2.99xl018cm.3。摻雜濃度可以通過(guò)反應(yīng)氣體與Ar的分壓比以及靶材中的Ga和Mg的含量進(jìn)行調(diào)節(jié)。生長(zhǎng)的時(shí)間由薄膜所需的厚度決定。本發(fā)明中，反應(yīng)氣體又可提供生長(zhǎng)p-ZnMgO薄膜所需的O。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是l)設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便。2)靶材為金屬合金，制作方法簡(jiǎn)便，耗時(shí)少，可輕易制備不同Ga和Mg含量的耙材，以便調(diào)節(jié)制備的p-ZnMgO薄膜的禁帶寬度。3)采用直流反應(yīng)磁控濺射方法，可以大面積均勻生長(zhǎng)p-ZnMgO薄膜。4)摻雜濃度可控性、穩(wěn)定性好，可以通過(guò)調(diào)節(jié)反應(yīng)氣體與Ar的不同分壓比及靶材中Ga和Mg的含量來(lái)控制。5)本發(fā)明制備過(guò)程中，N源和O源采用同一反應(yīng)氣體，簡(jiǎn)化了氣流控制步驟，不需要退火就可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定優(yōu)良的p型導(dǎo)電性。6)本發(fā)明方法制備的p-ZnMgO薄膜表面平整，晶粒大小均勻，具有擇優(yōu)取向。圖1是根據(jù)本發(fā)明方法采用的直流反應(yīng)磁控濺射裝置示意圖；圖中l(wèi)和2分別為反應(yīng)氣體和Ar氣的進(jìn)氣管路；3為流量計(jì)；4為緩沖室；5為樣品架；6為加熱器；7為真空計(jì)；8為自動(dòng)壓強(qiáng)控制儀；9為靶頭；10為襯底；圖2是p-ZnMgO薄膜表面的FE-SEM(場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡)圖；圖3是玻璃上沉積的p-ZnMgO薄膜的XRD(X射線衍射)圖。具體實(shí)施方式實(shí)施例以玻璃為襯底，N20為反應(yīng)氣體生長(zhǎng)p-ZnMgO薄膜。具體步驟如下1.制備靶材靶材原料選用純度為99.99%的金屬Zn、Mg和Ga，按化學(xué)式GaxMgyZni.x.y，0《x《0.01，0《y《0.15配料，放入高溫熔爐熔煉，制成靶材。2.制備p-ZnMgO薄膜在沉積薄膜之前，玻璃先用乙醇超聲波清洗30min，再用N2氣吹干放到襯底架上。把制備好的靶材裝在靶頭上，調(diào)整襯底架的位置，使襯底與靶面保持6cm的距離，并用擋板將襯底和靶材隔開(kāi)，生長(zhǎng)室抽真空到5xl(^Pa。然后襯底加熱至510。C,通入N20和Ar氣，分壓比為>120:Ar=2:3，壓強(qiáng)控制在4Pa。預(yù)濺射15min除去靶材表面的玷污，然后旋開(kāi)擋板，在72W功率下濺射30min得到p-ZnMgO薄膜。按上述的制備步驟，通過(guò)改變Mg、Ga的摩爾百分含量，來(lái)獲得p-ZnMgO晶體薄膜，表1給出了幾個(gè)不同Ga、Mg含量靶材的實(shí)施例及其制備的薄膜的電學(xué)性能<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>本發(fā)明方法制得的p-ZnMgO薄膜的FE-SEM圖，如圖2所示。p-ZnMgO薄膜的XRD圖，如圖3所示。權(quán)利要求1.利用直流反應(yīng)磁控濺射制備p-ZnMgO薄膜的方法，其步驟如下先將襯底表面清洗后放入直流反應(yīng)磁控濺射裝置的反應(yīng)室中，反應(yīng)室抽真空，然后加熱襯底，使襯底溫度為400-600℃，以既含氧又含氮的氣體作為反應(yīng)氣體，Ar作為濺射氣體，該兩種氣體分別由氣體流量計(jì)控制輸入裝置的緩沖室，在緩沖室充分混合后引入真空反應(yīng)室，在3-5Pa壓強(qiáng)下，以GaxMgyZn1-x-y，0≤x≤0.01，0≤y≤0.15為靶材，進(jìn)行生長(zhǎng)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備p-ZnMgO薄膜的方法，其特征是所說(shuō)的既含氧又含氮的氣體為N20、NO或N02。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備p-ZnMgO薄膜的方法，其特征是襯底為藍(lán)寶石、硅或玻璃。全文摘要本發(fā)明公開(kāi)的利用直流反應(yīng)磁控濺射制備p-ZnMgO薄膜的方法，以Ga金屬為施主摻雜源，以既含有N又含有O的單一反應(yīng)氣體制備p-ZnMgO薄膜的，摻雜濃度為1.64×10¹⁶-2.99×10¹⁸cm^-3。其以ZnMgGa三元合金為靶材，制作方法簡(jiǎn)便，耗時(shí)少，可輕易制備不同含量的靶材。摻雜濃度可以通過(guò)調(diào)節(jié)輸入的反應(yīng)氣體與Ar的不同分壓比及靶材中Ga和Mg的含量來(lái)控制，摻雜濃度可控性、穩(wěn)定性好。采用單一反應(yīng)氣體，簡(jiǎn)化了氣流控制步驟，不需要退火就可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定優(yōu)良的p型導(dǎo)電性。采用直流反應(yīng)磁控濺射方法，可以大面積均勻生長(zhǎng)p-ZnMgO薄膜。本發(fā)明方法制備的ZnMgO薄膜表面平整，晶粒大小均勻，具有擇優(yōu)取向。文檔編號(hào)C23C14/35GK101235483SQ200810059938公開(kāi)日2008年8月6日申請(qǐng)日期2008年3月4日優(yōu)先權(quán)日2008年3月4日發(fā)明者康葉,葉志鎮(zhèn),趙炳輝申請(qǐng)人:浙江大學(xué)