一种p型AlN薄膜及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种p型AlN薄膜及其制备方法与应用，所述薄膜的结构从下至上依次为衬底、PtLi或PtLi@PtLiO纳米点层和AlZnLiN薄膜层。其制备方法包括以下步骤：S1、在衬底上形成PtLi层，对所述PtLi层进行退火处理，得到纳米颗粒层；S2、在经上述步骤处理后的衬底上生长AlZnN薄膜层，并在(600‑900)℃下保温(0.5‑12)h，Li原子溢出进入AlZnN薄膜层，从而获得AlZnLiN薄膜层。本发明专利技术方案设计巧妙，制备操作简单，制得的材料具有良好的晶体质量及光学性能。

【技术实现步骤摘要】
一种p型AlN薄膜及其制备方法与应用
本专利技术涉及半导体材料
，具体涉及一种p型AlN薄膜及其制备方法与应用。
技术介绍
AlN薄膜是一种宽禁带半导体材料，其具有优异的化学稳定性和良好的光电及力学性能(如绝缘性好、压电系数和导热率高、直带隙宽度较宽、声波传播速度快、热膨胀系数低力学强度优异等)，使得其在机械、微电子、光学及电子元器件等领域有着广阔的应用前景，是尤其是紫外发光二极管(LightEmittingDiode，LED)和紫外光电探测器的制备中。AlN薄膜在制备基于同质结的器件中具有潜在的应用价值，然而，由于AlN薄膜的激活比较困难，导致高质量p型AlN薄膜一直难以突破，这也使得基于AlN同质结的光电器件一直处于研发的初始阶段。因此，制备一种高质量p型AlN薄膜对于开发同质结的光电器件具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种p型AlN薄膜，该薄膜易激活且具有较高的晶体质量和较好地光学性能。本专利技术还提出一种上述薄膜的制备方法。本专利技术还提出一种上述薄膜的应用。本专利技术第一方面实施例的p型AlN薄膜，所述薄膜的结构从下至上依次为衬底、PtLi或PtLi@PtLiO纳米点层和AlZnLiN薄膜层。本专利技术实施例的薄膜，至少具有以下有益效果：本专利技术方案将Zn和Li巧妙的共掺杂在AlN中，制得的薄膜材料不仅具有较好地结晶质量，而且具有较好的光学性能，在同质结光电器件制备中具有良好的应用前景。本专利技术第二方面实施例的p型AlN薄膜的制备方法，包括以下步骤：S1、在衬底上形成PtLi层，对所述PtLi层进行退火处理，得到纳米颗粒层；S2、在经上述步骤处理后的衬底上生长AlZnN薄膜层，并在(600-900)℃下保温(0.5-12)h，Li原子溢出进入AlZnN薄膜层，从而获得AlZnLiN薄膜层。根据本专利技术的一些实施例，所述PtLi层的厚度为(5-50)nm。根据本专利技术的一些实施例，所述步骤S1中，形成PtLi层的方法为溅射法。根据本专利技术的一些实施例，所述步骤S1中的退火处理的温度为(600-1000)℃，时间为(30～120)s。根据本专利技术的一些实施例，所述纳米颗粒层的厚度为(10-900)nm。根据本专利技术的一些实施例，所述步骤S1还包括在退火过程中通入氧气，形成PtLi@PtLiO纳米点层。根据本专利技术的一些实施例，通入氧气的时间为(30-120)s。根据本专利技术的一些实施例，所述步骤S2中，所述AlZnN薄膜层的厚度为(100-900)nm。根据本专利技术的实施例的制备方法，至少具有以下有益效果：本专利技术方案的制备工艺简单，成本低廉，利用高温下Li原子的扩散实现Zn掺杂AlN薄膜的二次p型掺杂和激活；同时，利用PtLi或者PtLi@PtLiO纳米点降低位错密度，并提高AlZnLiN薄膜的晶体质量。根据本专利技术第三方面实施例的应用，一种元器件，所述元器件的制备原料中包含上述p型AlN薄膜；优选地，所述元器件为光电器件。根据本专利技术的一些实施例，所述应用为一种光电探测器的制备方法，包括以下步骤：在上述p型AlN薄膜上表面形成Ni@NiO量子点层后，制备电极，得到所述光电探测器。根据本专利技术的一些实施例，所述Ni@NiO量子点层的形成步骤具体为：在p型AlZnLiN薄膜层上，继续溅射Ni薄膜，并在氧等离子体气氛及(600-900)℃下退火(30-150)s，从而获得的Ni@NiO量子点层。根据本专利技术的一些实施例，所述Ni薄膜的厚度为(3～50)nm。根据本专利技术的一些实施例，所述Ni@NiO量子点层的厚度为(2～100)nm。根据本专利技术的一些实施例，所述制备电极的操作为：使用叉指电极模板，利用喷金仪或者热蒸镀制备金属电极；最终获得基于新型p型AlZnLiN薄膜的光电探测器。根据本专利技术实施例的应用，至少具有以下有益效果：利用本专利技术方案薄膜制备的器件性能良好；利用PtLi或者PtLi@PtLiO纳米点作为电子收集体，并利用Ni@NiO作为空穴的快速收集体，从而提高光电探测器光生电子-空穴对的空间分离效率以及载流子的表面迁移率。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明图1为本专利技术实施例1中的p型AlN薄膜的侧面示意图；图2为本专利技术实施例2中的p型AlN薄膜的侧面示意图；图3为本专利技术实施例2中的光电探测器的侧面示意图；图4为本专利技术实施例2中的光电探测器的正面示意图。标号说明：11、衬底；120、纳米颗粒层；12、PtLi@PtLiO纳米点层；13、AlZnLiN薄膜层；14、Ni@NiO量子点层；15、金属电极。具体实施方式为详细说明本专利技术的
技术实现思路
、所实现目的及效果，以下结合实施方式予以说明。本专利技术实施例1为：一种p型AlN薄膜，如图1所示，其结构从下至上依次为衬底11、纳米颗粒层120(也可称为PtLi层)和AlZnLiN薄膜层13。其具体步骤如下：(1)首先使用溅射法在Si衬底11上形成一层厚度为10nm厚的PtLi层，接着在600℃下快速退火120s，从而获得直径为10-100nm的纳米颗粒层120。(2)使用磁控溅射在200℃下生长150nm的AlZnN薄膜，并在900℃下保温1h。在高温生长或者高温退火过程中，Li原子溢出进入AlZnN薄膜层，与Zn共同掺杂AlN；在高温退火处理当中激活Li和Zn掺杂，从而获得AlZnLiN薄膜层13，进而制得p型AlN薄膜材料。上述p型AlN薄膜材料的应用：在p型AlZnLiN薄膜层13的基础上，继续溅射10nm的Ni薄膜，并在氧等离子体气氛下，在900℃下快速退火30s，从而获得2-20nm的Ni@NiO量子点层14；之后使用叉指电极模板，使用喷金仪制备金属Pt电极15；最终获得基于新型p型AlN薄膜的光电探测器。霍尔效应测试仪测试表明，所制备的AlN薄膜为p型，载流子浓度为2.1×1017cm-3。本专利技术实施例2为：一种p型AlN薄膜，如图2所示，其结构从下至上依次为衬底11、PtLi@PtLiO纳米点层12和AlZnLiN薄膜层13。其具体步骤如下：(1)首先使用溅射法在一层厚度为10nm厚的PtLi层，接着在1000℃快速退火30s，从而获得直径为10-300nm的纳米颗粒层120。(2)随后在快速退火炉中800℃下通入高纯(99.999％以上)氧气120s，从而获得PtLi@PtLiO纳米点层。(3)使用磁控溅射在600℃下生长300nm的AlZnN薄膜，并在900℃下保温2h。在高温生长或者高温退火过程中，Li原子溢出进入AlZnN薄膜层，与Zn共同掺杂AlN；在高温退火处理当中激活Li和Zn掺杂，从而获得AlZnLiN薄膜层13，进而获得p本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种p型AlN薄膜，其特征在于：所述薄膜的结构从下至上依次为衬底、PtLi或PtLi@PtLiO纳米点层和AlZnLiN薄膜层。/n

【技术特征摘要】
1.一种p型AlN薄膜，其特征在于：所述薄膜的结构从下至上依次为衬底、PtLi或PtLi@PtLiO纳米点层和AlZnLiN薄膜层。


2.一种p型AlN薄膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、在衬底上形成PtLi层，对所述PtLi层进行退火处理，得到纳米颗粒层；
S2、在经上述步骤处理后的衬底上生长AlZnN薄膜层，并在(600-900)℃下保温(0.5-12)h，Li原子溢出进入AlZnN薄膜层，从而获得AlZnLiN薄膜层。


3.根据权利要求2所述的p型AlN薄膜的制备方法，其特征在于：所述PtLi层的厚度为(5-50)nm。


4.根据权利要求2所述的p型AlN薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中的退火处理的温度为(600-1000)℃，时间为(30～120)s。


5.根据权利要求2至4任一项所述的p型AlN薄膜的制备方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨为家，王凤鸣，关则毅，何鑫，
申请(专利权)人：五邑大学，
类型：发明
国别省市：广东;44