专利名称：一种硅基Mg的制作方法
技术领域：
本发明涉及硅基MgxZn1-xO(0.1＜x＜0.3)紫外电致发光器件及其制备方法。
背景技术：
近期，由于光电技术的发展，对紫外激光、高密度存储以及其他短波长光电器件的需求，使得宽禁带半导体受到了越来越多的关注。ZnO在室温下具有3.37eV的直接带隙和60meV的激子束缚能，使它成为实现紫外发光的理想光电子材料。1998年，A.Ohtomo首先提出，在ZnO中掺入Mg得到MgxZn1-xO合金，可以使得其禁带宽度增大(参考文献A.Ohtomo，M.Kawasaki，T.Koida，K.Masubuchi，H.Koinuma，Y.Sakurai，Y.Yoshida，T.Yasuda and Y.Segawa，Appl.Phys.Lett.72，2466(1998))。之后的研究表明，在保证MgxZn1-xO合金不分相并且维持六方晶系不变的情况下，Mg的原子含量可以达到37％，同时禁带宽度随之增大到4.0eV以上，并且可以通过调节Mg的含量调节MgxZn1-xO合金的禁带宽度，使得MgxZn1-xO合金成为很有发展前途的带隙可调的紫外光电材料(参考文献S.Choopun，R.D.Vispute，W.Yang，R.P.Sharma，T.Venkatesan，and H.Shen，Appl.Phys.Lett.80，1529(2002)；W.Yang，S.S.Hullavarad，B.Nagaraj，I.Takeuchi，R.P.Sharma，T.Venkatesan，R.D.Vispute and H.Shen，Appl.Phys.Lett.82，3424(2003)；I.Takeuchi，W.Yang，K.S.Chang，M.A.Amova，T.Venkatesan，R.D.Vispute and L.A.Bendersky，J.Appl.Phys.94，7336(2003)；N.B.Chen and C.H.Sui，Materials Science and Engineering B 126，16(2006))。迄今为止，已经有研究者通过各种方法来制备MgxZn1-xO薄膜，比如脉冲激光沉积(PLD)，分子束外延(MBE)，金属有机物化学气相沉积(MOCVD)，磁控溅射，溶胶—凝胶等，并对MgxZn1-xO薄膜的形貌，组成结构，紫外—可见吸收，光致发光等性质进行了研究(参考文献J.W.Kim，H.S.Kang，J.H.Kim，S.Y.Lee，J.K.Lee and M.Nastasi，J.Appl.Phys.100，033701(2006)；H.Matsui，H.Tabata，N.Hasuike and H.Harima，J.Appl.Phys.99，024902(2006)；C.Y.Liu，Y.C.Liu，B.P.Zhang and R.Mu，Phys.Stat.Sol.(c)3，3508(2006)；S.Kumar，V.Gupte and K.Sreenivas，J.Phys.Condens.Matter 18，3343(2006)；D.Zhao，Y.Liu，D.Shen，Y.Lu，J.Zhangand X.Fan，J.Appl.Phys.90，5561(2001))。但是，还没有关于MgxZn1-xO电致发光的报道。
发明内容
本发明的目的是提出一种简单的硅基MgxZn1-xO紫外电致发光器件及其制备方法。
本发明的硅基MgxZn1-xO紫外电致发光器件，其特征是在硅衬底的正面自下而上依次沉积有MgxZn1-xO薄膜层、0.1＜x＜0.3，SiO2或Al2O3薄膜层和电极，在硅衬底背面沉积有欧姆接触电极。
发明的硅基MgxZn1-xO紫外电致发光器件的制备方法，包括以下步骤1)将电阻率为0.005-50欧姆.厘米的硅衬底清洗后放入直流反应磁控溅射装置的反应室中，反应室真空度抽至1～5×10-3Pa，以Mg的原子含量为10～30％的MgZn合金为靶材，以O2和Ar作为溅射气氛，O2和Ar的流量比为O2∶Ar＝1∶2～1∶5，在10～20Pa压强下，衬底温度为300℃～600℃，进行溅射生长，得到MgxZn1-xO薄膜，0.1＜x＜0.3；2)利用化学气相沉积法或蒸发法或溅射法或溶胶—凝胶方法在MgxZn1-xO薄膜上沉积SiO2或Al2O3薄膜；3)在SiO2或Al2O3薄膜上溅射半透明电极，在硅衬底背面溅射欧姆接触电极。
上述的硅衬底为N型硅片。
本发明可以通过调节衬底温度和溅射气氛来改变MgxZn1-xO薄膜的结晶状态，通过调整溅射时间来改变MgxZn1-xO薄膜的厚度。
本发明的有益效果在于通过调整薄膜中Mg和Zn的相对含量，可以调节其紫外电致发光的波长。并且器件的结构和实现方式简单，不需要采用复杂的分子束外延(MBE)和金属有机物化学气相沉积(MOCVD)等手段。并且，该器件的制备方法所用的设备与现行成熟的硅器件平面工艺兼容。
图1是硅基MgxZn1-xO紫外电致发光器件示意图；图2是硅基MgxZn1-xO紫外电致发光器件在不同正向偏置下获得的电致发光谱。
具体实施例方式
以下结合附图及实施例进一步说明本发明。
参照图1，发明的硅基MgxZn1-xO紫外电致发光器件，在硅衬底1的正面自下而上依次沉积有MgxZn1-xO薄膜层2、0.1＜x＜0.3，SiO2或Al2O3薄膜层3和电极4，在硅衬底背面沉积有欧姆接触电极5。
实施例1采取如下工艺步骤1)清洗N型<100>，电阻率为0.005欧姆.厘米、大小为15×15mm2、厚度为675微米的硅片，清洗后放入直流反应磁控溅射装置的反应室中，反应室真空度抽至1×10-3Pa；在硅片上利用反应直流溅射的方法沉积厚度约为300nm的MgxZn1-xO薄膜，在溅射时，采用MgZn合金靶(Mg的原子含量为10％)、衬底温度300℃、溅射功率120W、通以O2和Ar混合气体，O2和Ar的流量比为1∶2，工作压强为10Pa；2)采用摩尔比为正硅酸四乙酯(TEOS)∶乙醇(EtOH)∶H2O＝1∶10∶4的前驱体溶液，并加入适量的HCl作为催化剂，利用溶胶—凝胶方法在MgxZn1-xO薄膜上旋涂沉积厚度约为200nm的SiO2薄膜，旋涂后在80℃下烘干20分钟，然后在650℃于氧气下热处理2小时；3)在SiO2薄膜上和硅衬底背面分别溅射10nm和100nm厚的Au膜，其中前者的面积10×10mm2。
实施例2采取如下工艺步骤1)清洗N型<100>，电阻率为0.5欧姆.厘米、大小为15×15mm2、厚度为675微米的硅片，清洗后放入直流反应磁控溅射装置的反应室中，反应室真空度抽至5×10-3Pa；在硅片上利用反应直流溅射的方法沉积厚度约为300nm的MgxZn1-xO薄膜，在溅射时，采用MgZn合金靶(Mg的原子含量为20％)、衬底温度500℃、溅射功率120W、通以O2和Ar混合气体，O2和Ar的流量比为1∶3，工作压强为20Pa，2)以正硅酸四乙酯(TEOS)为气源，利用化学气相沉积方法在MgxZn1-xO薄膜上沉积厚度约为100nm的SiO2薄膜，沉积温度为500℃，工作压强为100Torr；3)在SiO2薄膜上和硅衬底背面分别溅射10nm和100nm厚的Au膜，其中前者的面积10×10mm2。
实施例3采取如下工艺步骤1)清洗N型<100>，电阻率为50欧姆.厘米、大小为15×15mm2、厚度为675微米的硅片，清洗后放入直流反应磁控溅射装置的反应室中，反应室真空度抽至3×10-3Pa；在硅片上利用反应直流溅射的方法沉积厚度约为300nm的MgxZn1-xO薄膜，在溅射时，采用MgZn合金靶(Mg的原子含量为30％)、衬底温度500℃、溅射功率120W、通以O2和Ar混合气体，O2和Ar的流量比为1∶1，工作压强为5Pa；2)以蓝宝石颗粒为蒸发源，利用电子束蒸发方法在MgxZn1-xO薄膜上沉积厚度约为100nm的Al2O3薄膜；3)在Al2O3薄膜上和硅衬底背面分别溅射10nm和100nm厚的Au膜，其中前者的面积10×10mm2。
图2给出了通过上述方法获得的器件在室温下测得的不同驱动电压/电流下的电致发光(EL)谱，正向偏置时，负压加在硅衬底上。从图中可以看出，随着电流/电压的增大，电致发光的强度也随着增大，这是典型的电致发光的特征。此外，主发光峰的位置在350nm附近，这来源于MgxZn1-xO(x＝0.2)近带边跃迁产生的紫外光发射。
权利要求
1.一种硅基MgxZn1-xO紫外电致发光器件，其特征是在硅衬底(1)的正面自下而上依次沉积有MgxZn1-xO薄膜层(2)、0.1＜x＜0.3，SiO2或Al2O3薄膜层(3)和电极(4)，在硅衬底背面沉积有欧姆接触电极(5)。
2.根据权利要求1所述的硅基MgxZn1-xO紫外电致发光器件的制备方法，其特征是包括以下步骤1)将电阻率为0.005-50欧姆.厘米的硅衬底清洗后放入直流反应磁控溅射装置的反应室中，反应室真空度抽至1～5×10-3Pa，以Mg的原子含量为10～30％的MgZn合金为靶材，以O2和Ar作为溅射气氛，O2和Ar的流量比为O2∶Ar＝1∶2～1∶5，在10～20Pa压强下，衬底温度为300℃～600℃，进行溅射生长，得到MgxZn1-xO薄膜，0.1＜x＜0.3；2)利用化学气相沉积法或蒸发法或溅射法或溶胶-凝胶方法在MgxZn1-xO薄膜上沉积SiO2或Al2O3薄膜；3)在SiO2或Al2O3薄膜上溅射半透明电极，在硅衬底背面溅射欧姆接触电极。
全文摘要
本发明公开了一种硅基Mg
文档编号H05B33/02GK101043775SQ200610155670
公开日2007年9月26日 申请日期2006年12月30日 优先权日2006年12月30日
发明者马向阳, 杨德仁, 陈培良, 阙端麟 申请人:浙江大学