专利名称：一种氮镁共掺杂的p型氧化锌薄膜的制作方法
技术领域：
本发明属于半导体激光器领域，具体来说涉及一种可用于半导体激光二极管的一种氮镁共掺杂的P型氧化锌薄膜。
背景技术：
氧化锌(ZnO)无论在晶格结构、晶胞参数还是在禁带宽度上都与GaN相似，且具有比GaN更高的熔点和更大的激子束缚能，又具有较低的光致发光和受激辐射的阈值以及良好的机电耦合特性、热稳定性和化学稳定性。因而在蓝紫光发光二极管、激光器及其相关光电器件方面的应用有巨大的潜力。在室温下，氧化锌(ZnO)的禁带宽度为3.37eV，自由激子结合能高达60meV,远大于GaN的激子结合能25meV和室温热离化能26meV,因此更容易在室温或更高温度下实现激子增益。但是，ZnO走向光电器件应用的关键是实现稳定可靠且低阻的P型ZnO薄膜。ZnO由于存在诸多本征施主缺陷(如Zni, V0等)和非故意掺杂的H等杂质，通常表现为n型。这些施主·缺陷的存在能对掺入的受主杂质产生强烈的自补偿效应，所以难以实现ZnO的P型掺杂。ZnO同质结紫外激射二极管需要做多层量子阱结构，而且所用P-ZnO迁移率较低、稳定性较差。发展结构简单、成本低廉、光增益高的紫外激光二极管具有重要的应用价值。目前，业内已有通过共掺杂的方式来得到p型氧化锌薄膜的报道。例如，在氧化锌中掺入镁和锑来形成Mg-Sb共掺杂p型ZnO薄膜，其中镁(Mg)作为ZnO的掺杂剂可以有效地增大ZnO的禁带宽度，于是ZnO中的本征浅施主能级便会远离导带边，从而增大了其电离能，减弱了 ZnO的n型导电特性。但是由于ZnO中存在的本征浅施主缺陷的自补偿作用，使得Sb很难被用来掺杂制备p型ZnO材料。
图1是本发明的结构示意发明内容:本发明的目的是克服目前p型ZnO掺杂所存在的不足，提供一种氮镁共掺杂的P
型氧化锌薄膜。所述p型ZnO晶体薄膜中Mg的摩尔百分含量是5_11 %，氮的摩尔百分含量是
0.8-1.7%。本发明的有益效果是经过氮镁共掺杂后生长的p型ZnO晶体薄膜在常温下，其压电常数d33大于16pC/N，其电阻率大于1.2 X 101° Q cm。
具体实施方式
:下面通过具体实施方式
对本发明进行详细说明。实施例1
所述P型ZnO晶体薄膜中Mg的摩尔百分含量是5-11 %，氮的摩尔百分含量是
0.8-1.7%。经过氮镁共掺杂后生长的p型ZnO晶体薄膜在常温下，其压电常数d33大于16pC/N，其电阻率大于P大于1.2 X 101° Q *011。下面介绍本发明提出的氮镁共掺杂生长P型ZnO晶体薄膜的制造方法进行说明。第一步，选取蓝宝石作为衬底1，将该衬底I放置到具有无水乙醇的超声波振荡器中进行清洗，以去除衬底I表面的油脂，然后再将其放置到具有去离子水的超声波振荡器中进行清洗，以去除残余的无水乙醇；第二步，将纯度为99.99%的氧化锌粉末、镁的摩尔含量为5-11%的氧化镁粉末进行混合，然后压制形成靶材；第三步，将完成第一步工艺的衬底I放入磁控溅射反应室中，向该磁控溅射反应室通入氮的摩尔含量为0.8-1.7%的N0、N02混合气体后施加射频功率，该射频功率使得NO和NO2气体活化，并将靶材溅射沉积在衬底之上，从而在衬底I上形成厚度为300-400nm的氮镁共掺杂的P型ZnO晶体薄膜2 ；第四步，对完成第三步的衬底I进行热退火，退火气氛为氧气，退火温度为700°C，退火时间为40分钟。第五步，将完成第四步的衬底自然冷却。其中，射频磁控溅射反应室的真空度为10_5帕斯卡。其中，衬底I在射频磁控溅射前，先进行加热并保持温度600°C。其中，射频磁控溅射的射频功率120-200W，射频磁控溅射时间为2-3小时。实施例2所述p型ZnO晶体薄膜中Mg的摩尔百分含量是9%，氮的摩尔百分含量是1.2%。经过氮镁共掺杂后生长的P型ZnO晶体薄膜在常温下，其压电常数d33大于16pC/N，其电阻率大于P大于1.2X101CIQ下面介绍本发明提出的氮镁共掺杂生长p型ZnO晶体薄膜的制造方法进行说明。第一步，选取蓝宝石作为衬底1，将该衬底I放置到具有无水乙醇的超声波振荡器中进行清洗，以去除衬底I表面的油脂，然后再将其放置到具有去离子水的超声波振荡器中进行清洗，以去除残余的无水乙醇；第二步，将纯度为99.99%的氧化锌粉末、镁的摩尔含量为9%的氧化镁粉末压制形成靶材；；第三步，向该磁控溅射反应室通入氮的摩尔含量为1.2%的NO、NO2混合气体后施加射频功率，该射频功率使得NO和NO2气体活化，并将靶材溅射沉积在衬底之上，从而在衬底I上形成厚度为360nm的氮镁共掺杂的p型ZnO晶体薄膜2 ；第四步，对完成第三步的衬底I进行热退火，退火气氛为氧气，退火温度为700°C，退火时间为40分钟。第五步，将完成第四步的衬底自然冷却。其中，射频磁控溅射反应室的真空度为10_5帕斯卡。其中，衬底I在射频磁控溅射前，先进行加热并保持温度600°C。其中，射频磁控溅射的射频功率160W，射频磁控溅射时间为2.5小时。以上实施方式已经对本发明进行了详细的介绍，但上述实施方式并非为了限定本发明的范围，本发明的保护范围由所附的权利要求限定。
权利要求
1.一种氮镁共掺杂的P型氧化锌薄膜，其特征在于: 所述P型氧化锌薄膜中Mg的摩尔百分含量是5-11 %，氮的摩尔百分含量是0.8-1.7 %;其中，所述P型氧化锌薄膜在常温下，其压电常数d33大于16pC/N，其电阻率大于1.2 X IO10 Q cm。
2.如权利要求1所述的氮镁共掺杂P型氧化锌薄膜，其特征在于: 所述氮镁共掺杂的P型氧化锌薄膜在蓝宝石衬底上通过射频磁控溅射方法来形成，其厚度约为3 00-400nm。
全文摘要
本发明公开了一种氮镁共掺杂的p型氧化锌薄膜，所述p型氧化锌薄膜中Mg的摩尔百分含量是5-11％，氮的摩尔百分含量是0.8-1.7％；其中，所述p型氧化锌薄膜在常温下，其压电常数d33大于16pC/N，其电阻率大于1.2×1010Ω·cm。
文档编号H01S5/327GK103166112SQ20131006603
公开日2013年6月19日 申请日期2013年3月1日 优先权日2013年3月1日
发明者钱时昌 申请人:溧阳华晶电子材料有限公司