專利名稱：：Sb摻雜生長p型Zn<sub>1-x</sub>Mg<sub>x</sub>O晶體薄膜的方法
技術領域：
：本發明涉及p型Zni—xMgxO晶體薄膜的生長方法，尤其是Sb慘雜生長p型Zni_xMgxO晶體薄膜的方法。
背景技術：
：ZnO中摻入適量的MgO，將Mg取代Zn的位置，可以有效地調節ZnO的禁帶寬度。由于Mg^與Zn"的離子半徑非常接近，所以Mg對Zn的替代不會引起晶格常數的很大變化，當Mg含量不太高時，Mg的摻入不會改變ZnO的晶體結構。因此，Zn^MgxO晶體薄膜是ZnO理想的勢壘層材料。如果能夠制備可控的p型Zni.xMgxO晶體薄膜，不但可以提高ZnO基器件的發光效率，而且有望開辟ZnO基激光二極管的應用。目前關于如何獲得具有優異性能的p型Zni.xMgxO晶體薄膜一直沒有解決，影響了Zn,.xMgxO晶體薄膜在光電器件中的應用。
發明內容本發明的目的是提供一種Sb摻雜生長p型Zni.xMgxO晶體薄膜的方法。本發明的Sb摻雜的p型Zni.xMgxO晶體薄膜，其載流子濃度為10151017-3cmoSb摻雜生長p型Zni.xMgxO晶體薄膜的方法，采用的是脈沖激光沉積法，包括以下步驟1)稱量純度^99.99%的ZnO、MgO和813203粉末，其中Mg的摩爾百分含量x為0<x<20%，Sb的摩爾百分含量y為0<y<5%，將上述粉末球磨混合均勻、壓制成型，然后在10001300。C溫度下燒結，得摻Sb的Zn^MgxO陶瓷耙；2)將步驟1)制得的陶瓷靶和清洗過的襯底放入脈沖激光沉積裝置生長室中，靶材與襯底之間的距離保持為46cm，生長室真空度至少抽至10^Pa，襯底加熱升溫到30050(TC，生長室通入純氧氣，控制壓強為0.1lPa，開啟激光器，讓激光束聚焦到靶面燒蝕靶材，形成余輝，沉積在襯底上，制得Sb摻雜的p型Zni.xMgxO晶體薄膜，將薄膜在氧氣氛下冷卻至室溫。上述純氧的純度為99.99%以上。所說的襯底可以是氧化鋅、藍寶石、硅或石英。本發明通過調節靶材中Sb的摩爾百分含量可以制備不同摻雜濃度的p型Zni.xMgxO晶體薄膜，生長時間由所需晶體薄膜的厚度決定。本發明的有益效果在于1)方法簡單，p型摻雜濃度可以通過調節靶材中Sb的含量來控制；2)在Zni.xMgxO晶體薄膜生長過程中實現受主Sb的實時摻雜；3)由于摻雜元素來自靶材，因此可以實現高濃度摻雜；4)本發明的p型Zni.xMgxO晶體薄膜的禁帶寬度在3.44.0eV范圍可調，為ZnO基光電器件的應用提供關鍵的勢壘材料。圖1是根據本發明方法采用的脈沖激光沉積裝置示意圖，圖中1為激光器；2為生長室；3為靶材；4為襯底；具體實施例方式以下結合圖l，通過實例對本發明作進一歩的說明。Sb摻雜生長p型Zni.xMgxO晶體薄膜的方法，步驟如下1)陶瓷靶的制備稱量純度為99.99%的ZnO、MgO和Sb203粉末，其中Mg的摩爾百分含量為5%，Sb的摩爾百分含量為2.96%。將稱量好的ZnO、MgO和Sb203粉末倒入裝有瑪瑙球的球磨罐中，在球磨機上球磨18個小時，目的是將ZnO、MgO和Sb203粉末混合均勻并在一定程度上細化。然后將原料分離出來并烘干，添加粘結劑研磨，壓制成型。把成型的胚體放入燒結爐中，經低溫(400°C)排素，使粘結劑揮發，再升溫至1200。C燒結2小時，得到摻Sb的Zn,Mg謹O陶瓷靶。2)薄膜的制備將摻Sb的Zno.95Mgo.05O陶瓷靶裝在靶材架上，然后嵌入脈沖激光沉積裝置的耙托中。將石英襯底經過清洗后固定在樣品臺上，放入生長室2。調節襯底4和靶材3的距離為4.5cm，并用擋板將襯底和靶隔開。生長室真空度抽至4x10—4Pa，襯底加熱至薄膜生長溫度40(TC。通入純02，壓強控制在0.7Pa。開啟激光器1(脈沖激光能量為300mJ，頻率3Hz)，預沉積10min，除去靶材表面的玷污，然后旋開擋板，沉積薄膜。沉積過程中襯底和耙材低速旋轉，以改善薄膜的均勻性。沉積時間為45min，薄膜厚約為300nm。生長結束后薄膜在50Pa的氧氣保護下緩慢冷卻至室溫。上述Sb摻雜p型Zn。.95Mg,0晶體薄膜的室溫電學性能優良電阻率為126Qcm，空穴濃度為2.90xl016cm-3，霍爾遷移率為1.71cm2/V.s。并且放置數個月后薄膜的電學性能沒有明顯變化。按上述的制備歩驟，通過改變Mg或Sb的摩爾百分含量，來獲得Zni.xMgxO晶體薄膜，其電學性能如下表所示<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>權利要求1.Sb摻雜生長p型Zn1-xMgxO晶體薄膜的方法，其特征是包括以下步驟1)稱量純度≥99.99％的ZnO、MgO和Sb2O3粉末，其中Mg的摩爾百分含量x為0＜x＜20％，Sb的摩爾百分含量y為0＜y＜5％，將上述粉末球磨混合均勻、壓制成型，然后在1000～1300℃溫度下燒結，得摻Sb的Zn1-xMgxO陶瓷靶；2)將步驟1)制得的陶瓷靶和清洗過的襯底放入脈沖激光沉積裝置生長室中，靶材與襯底之間的距離保持為4～6cm，生長室真空度至少抽至10-3Pa，襯底加熱升溫到300～500℃，生長室通入純氧氣，控制壓強為0.1～1Pa，開啟激光器，讓激光束聚焦到靶面燒蝕靶材，形成余輝，沉積在襯底上，制得Sb摻雜的p型Zn1-xMgxO晶體薄膜，在氧氣氛下冷卻至室溫。2.根據權利要求1所述的Sb摻雜生長p型Zni_xMgxO晶體薄膜的方法，其特征是所說的襯底是氧化鋅、藍寶石、硅或石英。全文摘要本發明公開的Sb摻雜生長p型Zn<sub>1-x</sub>Mg<sub>x</sub>O晶體薄膜的方法，采用的是脈沖激光沉積法。靶材是由純ZnO、MgO和Sb<sub>2</sub>O<sub>3</sub>粉末混合燒結的陶瓷靶，其中Mg的摩爾百分含量x為0＜x＜20％，Sb的摩爾百分含量y為0＜y＜5％。將襯底清洗后放入脈沖激光沉積裝置生長室中，生長室抽真空，在壓強為0.1～1Pa的純氧氣氛下生長，生長溫度為300～500℃。本發明方法簡單，p型摻雜濃度可以通過調節靶材中Sb的摩爾百分含量控制；由于摻雜元素來自靶材，因此可以實現高濃度摻雜；本方法制得的p型Zn<sub>1-x</sub>Mg<sub>x</sub>O晶體薄膜具有良好的電學性能，載流子濃度為10<sup>15</sup>～10<sup>17</sup>cm<sup>-3</sup>。文檔編號C30B29/10GK101187061SQ200710070938公開日2008年5月28日申請日期2007年8月21日優先權日2007年8月21日發明者葉志鎮,朱麗萍,林均銘,潘新花,趙炳輝申請人:浙江大學