专利名称：一种镁砷共掺杂p型氧化锌薄膜的制造方法
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镁砷共掺杂P型氧化锌薄膜的制造方法。
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是本发明提出的制造方法所制得的镁砷共掺杂p型氧化锌薄膜的结构示意发明内容:本发明提出的制造方法依次包括如下步骤: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8-13%的氧化镁粉末以及砷的摩尔含量为0.5-1.5%的氧化砷粉末进行混合，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，利用射频磁控溅射方法，在惰性气体环境中将靶材溅射沉积在衬底之上，从而在衬底I上形成厚度为200-400nm的镁砷共掺杂的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100W，射频磁控溅射时间为2.5小时。其中，所述镁砷共掺杂的p型ZnO晶体薄膜中Mg的摩尔百分含量是8-13%，砷的摩尔百分含量是0.5-1.5% ；其中，在常温下，镁砷共掺杂的p型ZnO晶体薄膜的压电常数d33大于18pC/N，其电阻率大于IO10Q 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8-13%，砷的摩尔百分含量是
0.5-1.5%。经过镁砷共掺杂后生长的p型ZnO晶体薄膜在常温下，其压电常数d33大于18pC/N，其电阻率大于P大于IOiciQ cm。下面介绍本发明提出的镁砷共掺杂生长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8-13%的氧化镁粉末以及砷的摩尔含量为0.5-1.5%的氧化砷粉末进行混合，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，利用射频磁控溅射方法，在惰性气体环境中将靶材溅射沉积在衬底之上，从而在衬底I上形成厚度为200-400nm的镁砷共掺杂的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100W，射频磁控溅射时间为2.5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11%，砷的摩尔百分含量是0.8 %。经过镁砷共掺杂后生长的P型ZnO晶体薄膜在常温下，其压电常数d33大于18pC/N，其电阻率大于P大于IOiciQ cm。下面介绍本发明提出的镁砷共掺杂生长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11%的氧化镁粉末以及砷的摩尔含量为0.8%的氧化砷粉末进行混合，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，利用射频磁控溅射方法，在惰性气体环境中将靶材溅射沉积在衬底之上，从而在衬底I上形成厚度为300nm的镁砷共掺杂的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。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
1.一种镁砷共掺杂P型氧化锌薄膜的制造方法，依次包括如下步骤: 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8-13%的氧化镁粉末以及砷的摩尔含量为0.5-1.5%的氧化砷粉末进行混合，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，利用射频磁控溅射方法，在惰性气体环境中将靶材溅射沉积在衬底之上，从而在衬底I上形成厚度为200-400nm的镁砷共掺杂的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。
2.如权利要求1所述的镁砷共掺杂P型氧化锌薄膜的制造方法，其特征在于:其中，射频磁控溅射反应室的真空度为10_5帕斯卡，射频磁控溅射的射频功率100W，射频磁控溅射时间为2.5小时。
3.如权利要求1或2所述的镁砷共掺杂p型氧化锌薄膜的制造方法，其特征在于: 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。
4.如权利要求1-3任意之一所述的镁砷共掺杂p型氧化锌薄膜的制造方法，其特征在于:其中，所述镁砷共掺杂的P型ZnO晶体薄膜中Mg的摩尔百分含量是8-13%，砷的摩尔百分含量是0.5-1.5 %，在常温下，镁砷共掺杂的p型ZnO晶体薄膜的压电常数d33大于约18pC/N，其电阻率大于约IOiciQ cm。
全文摘要
本发明公开了一种镁砷共掺杂p型氧化锌薄膜的制造方法，依次包括将蓝宝石作为衬底放置到具有无水乙醇的超声波振荡器中进行清洗，去除衬底表面的油脂，再将其放置到具有去离子水的超声波振荡器中进行清洗，去除残余的无水乙醇；将纯度为99.99％的氧化锌粉末、镁的摩尔含量为8-13%的氧化镁粉末以及砷的摩尔含量为0.5-1.5％的氧化砷粉末进行混合，然后压制形成靶材；将衬底放入磁控溅射反应室中，利用射频磁控溅射方法，在惰性气体环境中将靶材溅射沉积在衬底之上，从而在衬底上形成厚度为200-400nm的镁砷共掺杂的p型ZnO晶体薄膜；第五步，将完成第四步的衬底自然冷却。
文档编号C23C14/08GK103147042SQ201310067218
公开日2013年6月12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