[发明专利]紫外及可见并存的电抽运随机激射器件及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电抽运随机激射器件，具体为一种基于硅衬底上SiO₂/ZnO/CdO/SiO₂双势垒结构的紫外及可见并存的电抽运随机激射器件及制备方法。

背景技术

由于光电技术的发展，对紫外、可见区激光器件以及其他短波长光电器件的需求，使得ZnO的随机激光研究受到了越来越多的关注。作为ZnO体系中的重要一员，CdZnO薄膜通过调节Cd的含量，可以有效地将CdZnO薄膜的发光波长调节至可见光区。(J.A.Van Vechten and T.K.Bergstresser，Phys.Rev.B.1，3351(1970))。如果能够利用CdZnO薄膜实现在可见区的随机激射发光，无疑具有积极的现实意义。

2006年，H.D.Li等人首次报道了紫外、可见并存的ZnO薄膜的光抽运随机激射(H.D.Li，S.F.Yu，S.P.Lau，and E.S.Leong，Appl.Phys.Lett.89，021110(2006))。然而对于ZnO薄膜以及CdZnO薄膜在可见区的电抽运随机激射，目前还没有报道。其主要瓶颈在于一方面CdO在CdO-ZnO合金系统中的固溶度很低(在热平衡状态下大约只有2mol％)，所以很难利用简单的设备制备出高Cd含量的CdZnO薄膜。另一方面Cd较低的熔沸点又使得制备基于高Cd浓度掺杂的CdZnO薄膜电致发光器件变得十分困难。

2007年马向阳等人利用金属-绝缘层-半导体(MIS)结构，成功实现了ZnO薄膜的电抽运随机激射(Xiangyang Ma，Peiliang Chen，DongshengLi，Yuanyuan Zhang，and Deren Yang，Appl.Phys.Lett.90，231106(2007))。最近又通过改变Mg_xZn_1-XO薄膜的组分，利用此MIS结构实现了激光波长在紫外区的连续可调(Ye Tian，Xiangyang Ma，Peiliang Chen，Yuanyuan Zhang，Deren Yang，Opt.Express.18，10668(2010))。如何能在此研究基础上，实现CdZnO薄膜在可见区的电抽运随机激射发光，是亟需解决的一个难题。

发明内容

本发明提供了一种紫外及可见并存的电抽运随机激射器件，实现了CdZnO薄膜在可见区的电抽运随机激射发光。

一种紫外及可见并存的电抽运随机激射器件，包括衬底，衬底正面自下而上依次沉积有第一SiO₂薄膜、CdO薄膜、ZnO薄膜、第二SiO₂薄膜和Au电极，衬底背面沉积欧姆接触电极。

所述的衬底为电阻率为0.005～50欧姆·厘米的N型硅片。

CdO薄膜的厚度大于ZnO薄膜的厚度，有利于出光。

本发明还提供了上述电抽运随机激射器件的制备方法，包括：

(1)采用溶胶-凝胶法在衬底上沉积第一SiO₂薄膜；

(2)采用溅射法在第一SiO₂薄膜上沉积CdO薄膜；

(3)采用溅射法在CdO薄膜上沉积ZnO薄膜，加热处理；

(4)采用溶胶-凝胶法在ZnO薄膜沉积第二SiO₂薄膜；

(5)采用溅射法在第二SiO₂薄膜上沉积半透明Au电极，在衬底背面沉积欧姆接触电极。

优选的，步骤(2)和步骤(4)中沉积SiO₂薄膜后进行加热处理，加热温度400～500℃，加热时间1～2小时，可以去除薄膜中的有机物，有助于成膜。

步骤(3)中沉积ZnO薄膜后进行加热处理，可以使Cd、Zn产生足够的互扩散，并且采用较高的热处理温度可以使薄膜发光变强，但温度不能过高，因为Cd在高温很容易挥发和分相，加热温度优选600～800℃，加热时间1～5小时。

本发明器件在衬底上形成了SiO₂/ZnO/CdO/SiO₂双势垒结构，由于镉、锌的互扩散，ZnO/CdO两薄膜层构成了Cd浓度渐变的Cd_xZn_1-xO薄膜发光层，在一定的正向偏压下(衬底接负电压)，CdZnO薄膜能够发出位于紫外、可见区的电抽运随机激射。而且器件的结构和实现方式简单，制备工艺及所用的设备与现行成熟的硅器件工艺兼容。

附图说明

图1为本发明器件的结构示意图；