[发明专利]禁带宽度梯度化MgxZn1－xO光电薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种Mg_xZn_1-xO薄膜及其制备方法，具体地说是一种 禁带宽度梯度化Mg_xZn_1-xO光电薄膜及其制备方法，属于光电子功能 器件领域。

背景技术

镁(Mg)掺杂的氧化锌(ZnO)Mg_xZn_1-xO是一种新型的宽禁带 半导体材料，是由ZnO和MgO组成的混合半导体，其禁带宽度可以 通过调节不同的Mg含量从而实现禁带宽度在3.37～7.8eV之间连续 可调，具有良好的光电特性，在深紫外尤其是太能光盲区(波长＝220～ 280nm)探测方面具有极大的应用前景。但是，由于ZnO和MgO分 别为六方和立方结构以及晶格常数的不一致，当Mg含量较高时， Mg_xZn_1-xO薄膜中易出现立方相和六方相的分相或偏析，这不利于 Mg_xZn_1-xO器件性能的提升。另外，对半导体器件而言，通常采用量 子阱或异质结结构，这种结构要求异质结之间晶格完全匹配，而采用 普通的异质结结构难以实现。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，目的在于提供一种禁带宽度梯度化 Mg_xZn_1-xO光电薄膜。

本发明的另一目的是提供上述薄膜的制备方法。

本发明提供的Mg_xZn_1-xO光电功能薄膜，是由Mg_xZn_1-xO构成的 具有若干层的薄膜，其中x＝0～0.25。

本发明提供的上述薄膜的制备方法包括以下步骤：

(1)将二乙醇胺同溶剂充分混合，再加入醋酸锌和醋酸镁混匀， 在100～130℃加热后冷却到室温，得到ZnO和Mg_xZn_1-xO溶液，调 节浓度，得到前驱液；

(2)前驱液在衬底上制备薄膜，调整甩胶参数和甩胶时间，甩 膜后的湿膜在热平板上预处理，重复甩胶、预处理、甩胶，得到 Mg_xZn_1-xO薄膜；

(3)Mg_xZn_1-xO薄膜干燥后在500～850℃下退火，冷却到室温， 制得禁带宽度梯度化Mg_xZn_1-xO光电薄膜。

步骤(1)中二乙醇胺同总金属离子的摩尔比为0.6～0.9∶1。

所述的二乙醇胺是稳定剂。

所述的溶剂是乙二醇甲醚。

所述的衬底是硅、石英或蓝宝石衬底。

所述在衬底上制备薄膜可以用旋涂法制备。

与现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：

(1)本发明提供的薄膜中，Mg组分沿垂直衬底方向梯度变化， 导致ZnO的晶格常数梯度变化，充分保证了不同薄膜层之间的晶格 匹配，有利于提高以ZnO为基础的光电器件的性能；

(2)本发明所述的技术方案中由于Mg掺入ZnO，使ZnO禁带 宽度展宽，薄膜禁带宽度在维持Mg_xZn_1-xO六方相结构的x范围内， 同Mg组分具有一定线性关系。因此Mg组分的梯度变化也使得薄膜 的禁带宽度呈梯度变化；

(3)本发明提供的薄膜具有梯度结构，这种梯度结构的薄膜由 于成分的梯度变化，能够增加高Mg含量的稳定性。

(4)本发明所述的薄膜制备方法不仅保持了溶胶-凝胶法操作简 单、低成本、易控制化学组成等特点，而且制备得到的薄膜无裂纹、 致密性好、晶粒分布均匀。

附图说明

图1为硅基底上x＝0.25和上梯度薄膜(0.25/0.20/0.15)在650℃ 处理1h的物相结构图。可以看出通过上梯度薄膜的构筑，在x＝0.25 时出现的立方相MgO(200)在上梯度薄膜(0.25/0.20/0.15)中并未 出现，同时从插图中可以看出，梯度膜中的应力比x＝0.25时的要小。