一种氮镁共掺杂的p型氧化锌薄膜的制造方法技术

本发明专利技术公开了一种氮镁共掺杂的p型氧化锌薄膜的制造方法，该制造方法依次包括如下步骤：第一步，选取蓝宝石作为衬底，将该衬底进行清洗，以去除衬底表面；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；向该磁控溅射反应室通入NO、NO2混合气体后施加射频功率，并将靶材溅射沉积在衬底之上，从而在衬底上形成厚度为300-400nm的氮镁共掺杂的p型ZnO晶体薄膜；第四步，对衬底进行热退火。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术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型氧化锌薄膜的制造方法。
技术介绍
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η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η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。附图说明 图1是本专利技术的结构示意
技术实现思路
:本专利技术的目的是克服目前P型ZnO掺杂所存在的不足，提供一种氮镁共掺杂的P型氧化锌薄膜的制造方法，该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Ν0、Ν02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。本专利技术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° Ω.cm。具体实施方式:下面通过具体实施方式对本专利技术进行详细说明。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 XIOki Ω.cm。下面介绍本专利技术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，所述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Ν0、Ν02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 1.2Χ101ι3Ω.οιι。下面介绍本专利技术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 方式已经对本专利技术进行了详细的介绍，但上述实施方式并非为了限定本专利技术的范围，本专利技术的保护范围由所附的权利要求限定。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氮镁共掺杂的p型氧化锌薄膜的制造方法，该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1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1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1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1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1进行热退火，退火气氛为氧气，退火温度为700℃，退火时间为40分钟。

【技术特征摘要】
1.一种氮镁共掺杂的P型氧化锌薄膜的制造方法，该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5-11%的氧化镁粉末进行混合，然后压制形成IE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...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱时昌，
申请(专利权)人：溧阳华晶电子材料有限公司，
类型：发明
国别省市：