[发明专利]一种制备半极性p型ZnO多晶薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及p型ZnO多晶薄膜的制备方法，尤其涉及一种制备半极性p型ZnO多晶薄膜的方法。

背景技术

ZnO为六方纤锌矿结构，理论和实验都表明ZnO晶体薄膜趋向于沿c轴（0002）方向生长，即极性生长，由此产生的内建电场会降低ZnO基发光器件的发光效率。要抑制内建电场的负面影响，提高内量子效率，可使ZnO沿非极性方向如                                                 或半极性方向如  方向生长。

目前，有关ZnO的非极性/半极性生长的研究报道比较有限，在可查的文献中，基本上是通过选择晶格匹配、价格昂贵的单晶衬底如SrTiO₃、　(La,Sr)(Al,Ta)O₃以及ZnO单晶衬底等，并采用分子束外延（MBE）或金属有机化学气相沉积（MOCVD）技术外延生长获得。这种方法对于衬底的要求和生长技术的依赖都较为苛刻。因此有必要发展一种简单易行、能在便宜的非晶表面如石英、玻璃等衬底上制备非极性/半极性ZnO晶体薄膜的生长方法。

另一方面，要实现ZnO薄膜的p型转变也比较困难。这是由于ZnO中存在许多本征缺陷，如锌间隙 (Zn_i) 和氧空位 (V_o) 会产生高度自补偿效应。如何实现具有较好性能的p型ZnO薄膜，特别是非极性/半极性的p型ZnO，对于这些薄膜在ZnO基光电器件中的应用具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种在非晶表面切实易行的制备半极性p型ZnO多晶薄膜的方法，丰富制备半极性ZnO基材料的技术手段。

制备半极性p型ZnO多晶薄膜的方法是：将纯ZnO陶瓷靶和Zn_1-x-yCo_xGa_yO陶瓷靶以及经清洗的非晶衬底 放入脉冲激光沉积装置生长室中，保持靶材与衬底之间的距离为4-6cm; 生长室真空度抽至优于4×10^-4 Pa，衬底加热升温到350-550℃，生长室通入纯氧气，控制生长气压为35-50 Pa; 开启激光器，频率为5Hz, 让激光束聚焦到靶面烧蚀靶材，首先在所述的非晶衬底  上沉积半极性Zn_1-x-yCo_xGa_yO缓冲层, 再于所述的缓冲层 上制备半极性p型纯ZnO薄膜层 ，将薄膜层在40Pa氧气氛围下冷却至室温。

所述的衬底为非晶衬底。在所述的Zn_1-x-yCo_xGa_yO缓冲层中，x值为0.04-0.06, y值为0.005-0.02。所述的缓冲层的厚度为200-1000nm。所述的生长气压为40-45Pa。所述的ZnO薄膜层具有表面织构。

与现有技术相比，本发明的优点是：

1) 半极性ZnO薄膜层可在价格低廉的石英或玻璃或具有二氧化硅钝化层的硅上生长；

2) 方法简单。相比于MBE和MOCVD技术，采用激光脉冲沉积技术生长，工艺成熟，操作简单，易于实现。

3) 本发明方法生长的薄膜层为　　择优取向，并具有表面织构。

4) 本发明方法生长的半极性ZnO薄膜层为p型导电,　载流子浓度可达10¹⁶-10¹⁷ cm^-3。

5) 本发明方法生长的半极性ZnO薄膜层具有良好的晶体质量和光学性能,可应用于LED器件中。

附图说明

图1是根据本发明方法采用的脉冲激光沉积装置示意图，图中：1为激光器； 2为生长室；3为靶材；4为衬底；

图2是实施例1制得的半极性p型ZnO多晶薄膜的x射线衍射 (XRD) 图谱；

图3是实施例1制得的半极性p型ZnO多晶薄膜的SEM照片。

具体实施方式

以下结合图1，通过实例对本发明作进一步的说明。

实施例1