專利名稱：一種鎂砷共摻雜p型氧化鋅薄膜的制造方法
技術領域：
本發明屬于半導體激光器領域，具體來說涉及一種可用于半導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：
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管、激光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,遠大于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，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管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、光增益高的紫外激光二極管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型氧化鋅薄膜的結構示意發明內容:本發明提出的制造方法依次包括如下步驟: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，然后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放入磁控濺射反應室中，利用射頻磁控濺射方法，在惰性氣體環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8-13%，砷的摩爾百分含量是
0.5-1.5%。經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d33大于18pC/N，其電阻率大于P大于IOiciQ cm。下面介紹本發明提出的鎂砷共摻雜生長p型ZnO晶體薄膜的制造方法進行說明。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，然后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放入磁控濺射反應室中，利用射頻磁控濺射方法，在惰性氣體環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d33大于18pC/N，其電阻率大于P大于IOiciQ cm。下面介紹本發明提出的鎂砷共摻雜生長p型ZnO晶體薄膜的制造方法進行說明。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，然后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放入磁控濺射反應室中，利用射頻磁控濺射方法，在惰性氣體環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，先進行加熱并保持溫度600°C。以上實施方式已經對本發明進行了詳細的介紹，但上述實施方式并非為了限定本發明的范圍，本發明的保護范圍由所附的權利要求限定。
權利要求
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，然后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放入磁控濺射反應室中，利用射頻磁控濺射方法，在惰性氣體環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，先進行加熱并保持溫度600°C。
4.如權利要求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d33大于約18pC/N，其電阻率大于約IOiciQ cm。
全文摘要
本發明公開了一種鎂砷共摻雜p型氧化鋅薄膜的制造方法，依次包括將藍寶石作為襯底放置到具有無水乙醇的超聲波振蕩器中進行清洗，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％的氧化砷粉末進行混合，然后壓制形成靶材；將襯底放入磁控濺射反應室中，利用射頻磁控濺射方法，在惰性氣體環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