[发明专利]波长可调的可见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Au/SiO₂/CdZnO MIS结构的波长可调的可见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。

目前对于CdZnO薄膜的随机激射的研究主要集中在光抽运随机激射上，对于电抽运随机激射的报道还很少。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))。公开号为CN102290707A的发明专利申请公开了一种紫外及可见并存的电抽运随机激射器件及制备方法，利用CdO-ZnO互扩散薄膜制备了SiO₂/ZnO-CdO/SiO₂双势垒结构器件，能够发出位于紫外、可见区的电抽运随机激射。在此研究基础上，如何实现CdZnO薄膜在可见区发出波长可调的电抽运随机激射，是亟需解决的一个难题。

发明内容

本发明提供了一种电抽运随机激射器件的制备方法，工艺简单，与现行成熟的硅器件工艺兼容。通过该方法制得的电抽运随机激射器件，可以实现CdZnO薄膜在可见区的波长可调的电抽运随机激射发光。

一种电抽运随机激射器件的制备方法，包括：

(1)采用溅射法在衬底上沉积CdZnO薄膜，再在惰性气体气氛下进行快速热处理；

(2)采用溶胶-凝胶法在CdZnO薄膜上沉积SiO₂薄膜；

(3)采用溅射法在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。

步骤(1)中，所述的衬底可以为电阻率为0.005～50欧姆·厘米的N型硅片。

所述衬底的温度优选为400～700℃；更优选为600℃。过低的衬底温度不能为Cd原子的掺杂提供足够的激活能，而过高的衬底温度会导致Cd从已制备的薄膜中再次挥发。

优选地，沉积CdZnO薄膜所用的靶材为CdZnO陶瓷靶，CdZnO陶瓷靶中Cd掺杂量以摩尔含量计为20％。CdZnO陶瓷靶可以采用市售商品。

所述的惰性气体可以为氩气或氮气。

优选地，所述快速热处理(RTP)的温度为800～900℃，快速热处理的时间为1～200秒。未经高温处理的CdZnO薄膜缺陷较多，发光较弱；常规的加热工艺处理时间较长，容易引起CdZnO的分相或Cd的挥发。而采用本发明提供的快速热处理条件，有助于减少CdZnO薄膜的分相，并能使近带边发光增强。

采用不同温度对CdZnO薄膜进行快速热处理，可以制备得到近带边发光波长不同的电抽运随机激射器件，实现波长的可调。

步骤(2)中，优选地，沉积SiO₂薄膜后进行加热处理，加热处理温度为300～400℃，加热处理时间为1～2小时。通过加热处理，可以去除薄膜中的有机物，有助于成膜。

本发明还提供了一种采用上述制备方法制得的电抽运随机激射器件，该器件的衬底正面自下而上依次沉积有CdZnO薄膜、SiO₂薄膜和Au电极，衬底背面沉积有欧姆接触电极。试验结果显示，该器件能够发出位于可见区的电抽运随机激射，且随机激射带的中心波长可调。