[发明专利]ZnO基发光器件的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备ZnO基发光器件的方法，属于半导体发光器件技术领域。

背景技术

作为一种新型的直接宽带隙半导体材料，ZnO在透明导电电极、蓝/紫外发光二极管（LED）和激光器（LD）、紫外探测器、自旋电子器件及传感器等领域具有巨大的应用潜力。常见的ZnO基发光器件自下而上依次有衬底、n型ZnO层、ZnO基发光层和p型ZnO层。采用的制备方法有磁控溅射、脉冲激光沉积、金属有机化学气相沉积和分子束外延。其中，磁控溅射和脉冲激光沉积制备的ZnO基发光器件，由于各层薄膜的晶体质量相对较差，平整度不够，严重制约了器件的发光效率；金属有机化学气相沉积，需采用高纯的有机源，因目前缺少商业化的高纯Na有机源，其应用受到限制；分子束外延虽然容易实现高晶体质量、高表面平整度的ZnO薄膜，但是在进行ZnO高效p型掺杂方面存在不足。因此，迫切需要发展一种新的ZnO基发光器件制备方法。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种制备ZnO基发光器件的方法。

本发明的ZnO基发光器件的制备方法，该发光器件自下而上依次有衬底、n型ZnO层、ZnO基发光层和p型ZnO层，其制备方法包括以下步骤：

1）将清洗处理后的衬底放入分子束外延设备，衬底温度加热至300～800℃，调节生长室压力为1×10^-5～6×10^-5Torr，以经过射频活化的纯O₂为O源，金属Zn源为反应源，金属Ga源为n型掺杂源，在衬底上生长n型ZnO层；

2）在生长有n型ZnO层的基片上，以经过射频活化的纯O₂为O源，金属Zn源和金属Mg源为反应源，在300～800℃温度下，生长4-10个周期的ZnMgO/ZnO多量子阱层作为ZnO基发光层；

3）采用频率为1～5Hz、能量为200～400mJ的激光轰击掺Na的ZnO陶瓷靶，其中Na摩尔百分含量为0.5～1％，在400～700℃温度下生长p型ZnO层。

上述的衬底可以是ZnO体单晶或蓝宝石或SiC。

制备过程中，n型ZnO层、ZnO基发光层和p型ZnO层的厚度由生长时间决定。

本发明的有益效果在于：

整个ZnO基发光器件材料在同一设备中原位生长，减少可能的沾污。除p型ZnO层外的各层结构采用等离子增强分子束外延方法制备，有效保证了晶体质量和界面平整性，降低缺陷密度，有利于提高ZnO基发光器件的发光效率。p型ZnO层采用激光增强分子束外延方法制备，这一非平衡过程将有效提高p型掺杂效率，有利于获得高空穴浓度的稳定可靠p型ZnO层。

附图说明

图1是ZnO基发光器件结构示意图。

图中：1为衬底、2为n型ZnO层、3为ZnO基发光层、4为p型ZnO层。

具体实施方式

实施例1

1）将ZnO体单晶衬底进行清洗处理后放入分子束外延设备，衬底温度加热至800℃，调节生长室压力为1×10^-5Torr，以经过射频活化的纯O₂（纯度99.9999%）为O源，活化O₂的射频功率为400W，金属Zn源为反应源，金属Ga源为n型掺杂源，在ZnO体单晶上生长厚度为350纳米的n型ZnO层；

2）在生长有n型ZnO层的ZnO基片上，以经过射频活化的纯O₂（纯度99.9999%）为O源，活化O₂的射频功率为400W，金属Zn源和金属Mg源为反应源，在600℃温度下，生长10个周期、厚度为200纳米的ZnMgO/ZnO多量子阱层作为ZnO基发光层；

3）用频率为5Hz、能量为200mJ的激光轰击掺Na的ZnO陶瓷靶材，其中Na摩尔百分含量为0.5％，在600℃下生长厚度为500纳米的p型ZnO层。

实施例2

1）将蓝宝石衬底进行清洗处理后放入分子束外延设备，衬底温度加热至500℃，调节生长室压力为3×10^-5Torr，以经过射频活化的纯O₂（纯度99.9999%）为O源，活化O₂的射频功率为350W，金属Zn源为反应源，金属Ga源为n型掺杂源，在蓝宝石上生长厚度为500纳米的n型ZnO层；