專利名稱：一種非極性p-NiO/n-ZnO異質結構及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種非極性P-NiO/n-ZnO異質結構及其制備方法，屬于光電子功能器件領域。
背景技術：
NiO作為一種典型的ρ型寬禁帶半導體薄膜材料(禁帶寬度為3.6 4.0 eV)，在ρ型透明導電薄膜、氣體傳感器、紫外探測器等領域顯示出廣闊的應用前景。隨著光電技術的發展，近年來半導體光電薄膜材料受到了高度重視，NiO薄膜作為一種代表性的本征ρ型半導體材料，更是受到廣大研究者的關注，成為半導體研究領域的熱點。在自然條件下，NiO為單一、穩定的立方氯化鈉結構，采用常規方法制備的NiO通常呈現(111)取向。近年來，眾多研究表明(100 )取向的NiO薄膜具有最低的表面能，其表面最穩定，對很多氣體如no2、co、nh3具有特殊的敏感性，是一種較好的氣敏材料。因而，制備(100)取向的NiO薄膜具有重要的意義。ZnO是一種典型的η型半導體，具有較大的激子束縛能，由于是六方結構，容易產生自發極化和壓電效應，形成內建電場，嚴重影響ZnO基器件的發光效率。因此，為了提高ZnO基器件的內量子效率，研究ZnO非極性面生長成為了當前的研究熱點。同時，ZnO與NiO晶格失配小，禁帶寬度相近，可與NiO形成異質結制備半導體光電器件。目前，未有報道采用非極性ZnO與(100)取向的NiO制備的pn結器件。
發明內容
本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種非極性取向的p-NiO/n-ZnO異質結構及其制備方法。本發明的非極性取向的p-NiO/n-ZnO異質結構，包括襯底和生長在襯底上的非極性取向的pn結，所述的襯底為m面藍寶石，pn結是自下而上依次生長在襯底上的(100)取向的η型ZnO薄膜和(100)取向的ρ型NiO薄膜構成的異質pn結。非極性p-NiO/n-ZnO異質結構的制備方法，包括以下步驟:
I)采用分子束外延法或者脈沖激光沉積法在經清洗的m面藍寶石襯底上制備(100)取向的η型ZnO薄膜:
所述分子束外延法生長(100)取向的η型ZnO薄膜:以純金屬Zn和經射頻活化的純O2為生長源，襯底溫度為50(T750°C，Zn源爐溫26(T300°C，氧氣流量為f 3 sccm ；
所述脈沖激光沉積法生長(100)取向的η型ZnO薄膜:以純ZnO陶瓷靶作為靶材，襯底溫度為450 650°C，生長壓強為0.02 2 Pa ；
2 )采用脈沖激光沉積法在(100 )取向的η型ZnO薄膜上制備(100 )取向的ρ型NiO薄膜:靶材是純NiO陶瓷靶或者Li摻雜的NiO陶瓷靶，襯底溫度為300 500 V，生長壓強為
0.5 10 Pa。
本發明步驟I)中所述的純金屬Zn的純度彡99.9998%，純O2的純度彡99.9999%，純ZnO陶瓷靶的純度彡99.999%。步驟2)中所述的純NiO陶瓷靶的純度彡99.99%。通常，Li摻雜摩爾濃度為59Tl5%。(100)取向的η型ZnO薄膜和(I 00)取向的ρ型NiO薄膜的厚度由生長時間決定。本發明的有益效果在于:
O本發明的非極性取向的p-NiO/n-ZnO異質結構簡單,無內建電場存在,有利于提高ZnO基光電器件發光效率，可廣泛應用于紫外探測器、發光二極管和氣敏傳感器等領域。2)在(100)取向的ZnO薄膜上直接制備非極性(100)取向的NiO薄膜，制備工藝簡單、成本較低。
圖1是非極性p-NiO/n-ZnO異質結構的示意圖。圖2是非極性p-NiO/n-ZnO異質結構的x射線衍射(XRD)圖。
具體實施例方式以下結合附圖詳細敘述本發明。參照圖1，本發明的非極性p-NiO/n-ZnO異質結構，包括襯底I和生長在襯底上的非極性取向的pn結，所說的襯底為m面藍寶石，pn結是自下而上依次生長在襯底I上的(100)取向的η型ZnO薄膜2和(100)取向的ρ型NiO薄膜3構成的異質pn結。實施例1
I)襯底清洗:將m面藍寶石襯底，采用丙酮、酒精和去離子水分別超聲清洗10 min，最后用氮氣吹干。2)采用脈沖激光沉積法在m面藍寶石襯底上生長(100)取向的η型ZnO薄膜:革巴材為純ZnO陶瓷靶，本底真空為IX 10_3 Pa，襯底溫度為550 °C，生長壓強為0.2 Pa，激光器功率為300 W，生長時間30 min。3)采用脈沖激光沉積法在(100)取向的η型ZnO薄膜上沉積(100)取向的ρ型NiO薄膜:靶材采用Li摻雜摩爾濃度為10%的NiO陶瓷靶，本底真空為I X 10_3 Pa，襯底溫度為400 °C，生長壓強為2 Pa，激光器功率為300 W，生長時間60 min，制得非極性p_Ni0/η-Ζη0異質結，即圖1所示的結構，從XRD圖中(圖2)可以看出，NiO為(100)取向，ZnO為(100)取向。實施例2
I)襯底清洗:將m面藍寶石襯底，采用丙酮、酒精和去離子水分別超聲清洗10 min，最后用氮氣吹干。2)采用分子束外延法在m面藍寶石襯底上生長(100)取向的η型ZnO薄膜:以純金屬Zn (純度為99.9998%)為Zn源，Zn源溫度為300 V，經射頻活化的純O2 (純度為99.9999%)為O源，射頻功率為300 W，調節生長壓強為3 X 10_5 Torr，氧氣流量為3 sccm,將襯底溫度升到700 °C，生長(100)取向的ZnO薄膜，生長時間3個小時。3 )采用脈沖激光沉積法在(100 )取向的η型ZnO薄膜上沉積(100 )取向的ρ型NiO薄膜:靶材采用Li摻雜摩爾濃度為5%的NiO陶瓷靶，本底真空為IX 10_3 Pa，襯底溫度為400 V，生長壓強為2 Pa，激光器功率為300 W，生長時間60 min,制得非極性p-NiO/n-ZnO異質結。實施例3
I)襯底清洗:將m面藍寶石襯底，采用丙酮、酒精和去離子水分別超聲清洗10 min，最后用氮氣吹干。2)采用分子束外延法在m面藍寶石襯底上生長(100)取向的η型ZnO薄膜:以純金屬Zn (純度為99.9998%)為Zn源，Zn源溫度為280 V，經射頻活化的純O2 (純度為99.9999%)為O源，射頻功率為300 W，調節生長壓強為2 X 10_5 Torr，氧氣流量為2 sccm,將襯底溫度升到600 °C，生長(100)取向的ZnO薄膜，生長時間3個小時。3)采用脈沖激光沉積法在(100)取向的η型ZnO薄膜上沉積(100)取向的P型NiO薄膜:靶材采用純NiO (純度為99.99%)陶瓷靶，本底真空為IX 10_3 Pa，襯底溫度為500°C，生長壓強為5 Pa，激光器功率為300 W，生長時間60 min，制得非極性p-NiO/n-ZnO異質結。
權利要求
1.一種非極性p-NiO/n-ZnO異質結構，其特征是包括襯底(I)和生長在襯底上的非極性取向的pn結，所述的襯底為m面藍寶石，pn結是自下而上依次生長在襯底(I)上的(100)取向的η型ZnO薄膜(2)和(100)取向的ρ型NiO薄膜(3)構成的異質pn結。
2.制備權利要求1所述的非極性P-NiO/n-ZnO異質結構的方法，其特征在于包括以下步驟: I)采用分子束外延法或者脈沖激光沉積法在經清洗的m面藍寶石襯底上制備(100)取向的η型ZnO薄膜: 所述分子束外延法生長(100)取向的η型ZnO薄膜:以純金屬Zn和經射頻活化的純O2為生長源，襯底溫度為50(T750°C，Zn源爐溫26(T300°C，氧氣流量為f 3 sccm ； 所述脈沖激光沉積法生長(100)取向的η型ZnO薄膜:以純ZnO陶瓷靶作為靶材，襯底溫度為450 650°C，生長壓強為0.02 2 Pa ； 2 )采用脈沖激光沉積法 在(100 )取向的η型ZnO薄膜上制備(100 )取向的ρ型NiO薄膜:靶材是純NiO陶瓷靶或者Li摻雜的NiO陶瓷靶，襯底溫度為300 500 V，生長壓強為0.5 10 Pa。
3.根據權利要求2所述的非極性p-NiO/n-ZnO異質結構的制備方法，其特征在于:步驟I)中所述的純金屬Zn的純度彡99.9998%，純O2的純度彡99.9999%，純ZnO陶瓷靶的純度彡99.999% ;步驟2)中所述的純NiO陶瓷靶的純度彡99.99%。
4.根據權利要求2所述的非極性p-NiO/n-ZnO異質結構的制備方法，其特征在于Li摻雜摩爾濃度為59Tl5%。
全文摘要
本發明公開的非極性取向的p-NiO/n-ZnO異質結構包括襯底和生長在襯底上的非極性取向的pn結，所述的襯底為m面藍寶石，pn結是自下而上依次生長在襯底上的(100)取向的n型ZnO薄膜和(100)取向的p型NiO薄膜構成的異質pn結。其制備方法如下首先采用分子束外延法或者脈沖激光沉積法在m面藍寶石襯底上制備(100)取向的n型ZnO薄膜；然后采用脈沖激光沉積法在ZnO薄膜上制備(100)取向的p-NiO薄膜。本發明的非極性取向p-NiO/n-ZnO異質結構無內建電場存在，有利于提高ZnO基光電器件的發光效率，可廣泛應用于紫外探測器、發光二極管和氣敏傳感器等領域。
文檔編號H01L31/18GK103137774SQ20131003816
公開日2013年6月5日 申請日期2013年1月31日 優先權日2013年1月31日
發明者張宏海, 呂斌, 潘新花, 葉志鎮, 呂建國, 黃靖云 申請人:浙江大學