[发明专利]一种ZnO基异质结及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及ZnO基异质结及其制备方法。

背景技术

ZnO是直接带隙半导体材料，其室温禁带宽度为3.37eV，室温激子束缚能为60meV，是制备蓝光-紫外光发光二极管和激光器等光电器件的理想材料。目前，对于n型ZnO晶体薄膜的研究已经比较成熟，能够实现具有优异性能的n型ZnO晶体薄膜的实时掺杂生长。然而，p型ZnO薄膜的制备却遇到诸多困难。因此，寻找p型ZnO的替代材料，与n型ZnO构成异质结，以期获得可以用作绿光、蓝紫光等ZnO基发光二极管。与许多宽带隙半导体材料(如GaN、ZnO等)相反，本征SnO呈p型电导，直接带隙为2.7-3.4eV。因此，利用p型SnO和n型ZnO构造n-ZnO/p-SnO异质结，是目前制备ZnO基发光器件的一种不错的选择。

发明内容

本发明的目的是提供一种ZnO基异质结及其制备方法。

本发明的ZnO基异质结为n-ZnO/p-SnO。在衬底上自下而上依次沉积有n-ZnO薄膜层和p-SnO薄膜层，其中，n-ZnO薄膜层为Zn_1-xAl_xO或Zn_1-xGa_xO，0＜x＜0.05。

上述的衬底可以是硅、蓝宝石、氧化锆或氧化锌。

本发明的ZnO基异质结的制备方法，其步骤如下：

1)称量纯度≥99.99％的ZnO和Al₂O₃或Ga₂O₃粉末，其中Al或Ga的摩尔百分含量x为0＜x＜5％，将上述粉末球磨混合均匀、压制成型，然后在1000～1300℃温度下烧结，制得Zn_1-xAl_xO或Zn_1-xGa_xO陶瓷靶；

称量纯度≥99.99％的SnO粉末，将粉末研磨、压制成型，然后在800～1000℃温度、真空条件下烧结，制得SnO陶瓷靶；

2)将步骤1)制得的陶瓷靶和清洗过的衬底放入脉冲激光沉积装置生长室中，调整靶材与衬底之间的距离为4～6cm，生长室真空度至少抽至10^-6Pa。异质结生长分两步：首先衬底加热至300～600℃，生长室通入纯氧气，调节氧压为0.1～1Pa，开启激光器，让激光束聚焦到Zn_1-xAl_xO或Zn_1-xGa_xO陶瓷靶靶面烧蚀靶材，形成余辉，在衬底上沉积一层n-ZnO薄膜层；然后保持衬底温度，改变氧气流量，调节氧压为10^-4～10^-2Pa，再次开启激光器，让激光束聚焦到SnO陶瓷靶靶面烧蚀靶材，形成余辉，在n-ZnO薄膜层上沉积p-SnO薄膜层，在真空气氛下冷却至室温。

上述纯氧的纯度为99.99％以上。所说的衬底可以是硅、蓝宝石、氧化锆(YSZ)或氧化锌。

本发明异质结中各层薄膜的厚度由生长时间决定。

本发明的有益效果在于：

1)本发明首次制备出了n-ZnO/p-SnO异质结。该异质结可以用作绿光、蓝紫光等发光二极管。

2)本发明方法简单，成本低，生长条件易控；

3)本发明制得的n-ZnO/p-SnO异质结，其n-ZnO薄膜层和p-SnO薄膜层均具有优良的结构性能、光学性能和电学性能。

附图说明

图1是本发明ZnO基异质结的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细说明。

参照图1，本发明的ZnO基异质结为n-ZnO/p-SnO。在衬底1上自下而上依次沉积有n-ZnO薄膜层2和p-SnO薄膜层3，其中，n-ZnO薄膜层为Zn_1-xAl_xO或Zn_1-xGa_xO，0＜x＜0.05。

实施例1：