專利名稱：基于雙層MgZnO薄膜異質(zhì)結(jié)的電致發(fā)光器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電致發(fā)光器件制備領(lǐng)域，特別涉及一種基于雙層MgZnO薄膜異質(zhì) 結(jié)的電致發(fā)光器件及其制備方法。
背景技術(shù)：
目前，由于光電技術(shù)的發(fā)展，對(duì)紫外對(duì)紫外激光、高密度存儲(chǔ)以及其他短波長(zhǎng)光電 器件的需求，使得波長(zhǎng)可調(diào)的寬禁帶半導(dǎo)體受到了越來越多的關(guān)注。其中，MgZnO薄膜通過調(diào)節(jié)Mg的含量，在保持纖鋅礦結(jié)構(gòu)的情況下禁帶寬度在 3. 37 4. 28eV ^ nj ijf i (A. Ohtomo, M. Kawasaki, T. Koida, K. Masubuchi, H. Koinuma, Y. Sakurai, Y. Yoshida, T. Yasuda,and Y.Segawa,Appl.Phys.Lett. 72，2466—2648(1998))。 又由于MgZnO薄膜具有較高的折射率和較強(qiáng)的光增益，是制備波長(zhǎng)可調(diào)的紫外隨機(jī)激光的 優(yōu)良材料(H. Y. Yang, S. F. Yu, S. P. Lau, J. Cryst. Growth. 312，16-18 (2009))。在 Mg.Zn^.O 薄膜的光抽運(yùn)隨機(jī)激光方面，目前已經(jīng)有所報(bào)道(H. Y. Yang, S. P. Lau, S. F. Yu，M. Tanemura, T. Okita, H. Hatano, K. S. Teng and S. P. ffilks, Appl. Phys. Lett. 89,081107 (2006)) 利 用溶膠-凝膠法制備硅基MgxZni_x0薄膜金屬-絕緣層(Si02)_半導(dǎo)體(MIS)器件，在正向 偏壓下得到了電抽運(yùn)紫外隨機(jī)激光。通過改變MgxZni_x0薄膜的組分，實(shí)現(xiàn)了激光波長(zhǎng)可調(diào) (YeTian, Xiangyang Ma, Peiliang Chen, Yuanyuan Zhang, Deren Yang, Opt.Express. 18,
10668(2010))o中國(guó)專利200610155670. 6公開了一種硅基MgxZni_x0紫外電致發(fā)光器件及其制備 方法。該器件在硅襯底的正面自下而上依次沉積MgxZni_x0薄膜層，0. 1 < X < 0. 3、Si02或 A1203薄膜層和電極，在硅襯底背面沉積歐姆接觸電極。其制備步驟如下先將硅襯底清洗 后放入直流反應(yīng)磁控濺射裝置的反應(yīng)室中，進(jìn)行濺射生長(zhǎng)，得到MgxZni_x0薄膜層；然后用化 學(xué)氣相沉積法或蒸發(fā)法或?yàn)R射法或溶膠_凝膠方法在MgxZni_x0薄膜上沉積Si02或A1203薄 膜；再在Si02薄膜上濺射電極，在硅襯底背面濺射歐姆接觸電極。然而，在這種器件中Si02 薄膜的禁帶寬度是不可調(diào)控的，不利于優(yōu)化器件性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且易于實(shí)現(xiàn)的基于雙層MgZnO薄膜異質(zhì)結(jié)的電致發(fā) 光器件。一種基于雙層MgZnO薄膜異質(zhì)結(jié)的電致發(fā)光器件，包括襯底以及從下至上依次覆 于襯底上的發(fā)光層和勢(shì)壘層，所述的發(fā)光層為MgQ.15Zna850薄膜，所述的勢(shì)壘層為M&Zrvx0 薄膜，其中X為0.2 0.9。所述的襯底為N型硅片，電阻率為0. 005 50歐姆 厘米。所述的MgQ. 15Zn0.850 薄膜厚度為 100 120nm。所述的MgxZni_x0薄膜為厚度為50 60nm。本發(fā)明還提供了一種電致發(fā)光器件的制備方法，包括步驟
(1)將Mgai5Zna850溶膠旋涂于襯底的第一面，烘干后進(jìn)行熱處理，形成Mga 15Zn0.850 薄膜；(2)將Mgxzni_x0溶膠旋涂于MgQ. 15Zn0.850薄膜上，烘干后進(jìn)行熱處理，形成M&Zni_x0 薄膜，X值為0.2 0.9 ；(3)在MgxZni_x0薄膜上濺射Au電極，在襯底第二面濺射歐姆接觸電極。步驟(1)和步驟⑵中烘焙溫度為200 400°C，烘焙時(shí)間為10 15min，該溫度 正好使薄膜固化。步驟(1)中熱處理溫度為600 800°C，熱處理時(shí)間為1 2小時(shí)。步驟 (2)中熱處理溫度為450 550°C，熱處理時(shí)間為1 2小時(shí)。熱處理時(shí)間溫度越高、時(shí)間 越長(zhǎng)，則有機(jī)物揮發(fā)越充分，但會(huì)增加制造成本。上述MgQ. 15Zn0.850溶膠或M&zni_x0溶膠均可以通過將醋酸鋅、醋酸鎂以及穩(wěn)定劑溶 于有機(jī)溶劑中攪拌制得，醋酸鋅與醋酸鎂摩爾比根據(jù)最終溶膠中鎂和鋅的摩爾比來確定， 如Mgai5Zna850，醋酸鋅與醋酸鎂摩爾比為17 3。有機(jī)溶劑最好選用乙二醇甲醚、穩(wěn)定劑 最好選用乙醇胺，它們最終會(huì)被分解或揮發(fā)，用量根據(jù)實(shí)際需要添加。在一定的正向偏壓下，本發(fā)明電致發(fā)光器件Mgai5Zn(l.850薄膜會(huì)發(fā)光，可以通過改 變MgxZni_x0薄膜中的Mg含量調(diào)節(jié)發(fā)出激光的波長(zhǎng)。而且制備工藝簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)，所用的 設(shè)備與現(xiàn)行成熟的硅器件工藝兼容。


圖1為本發(fā)明電致發(fā)光器件的機(jī)構(gòu)示意圖；圖2為實(shí)施例1電致發(fā)光器件在不同電流下的EL譜圖；圖3為實(shí)施例2電致發(fā)光器件在不同電流下的EL譜圖；圖4為實(shí)施例3電致發(fā)光器件在不同電流下的EL譜圖；圖5為實(shí)施例4電致發(fā)光器件在不同電流下的EL譜圖。
具體實(shí)施例方式將摩爾比為x y的醋酸鋅和醋酸鎂以及乙醇胺溶于乙二醇甲醚中，攪拌制得 MgyZnx0溶膠，醋酸鋅和醋酸鎂的摩爾比根據(jù)最終溶膠中鋅鎂比來確定，如制備Mgai5Zn(l.850 醋酸鋅和醋酸鎂的摩爾比為17 3。制備MgxZni_x0溶膠醋酸鋅和醋酸鎂的摩爾比為 X (1-X)。乙醇胺與醋酸鋅的摩爾濃度相同，調(diào)節(jié)乙二醇甲醚的用量使溶膠中的醋酸鋅的 摩爾濃度為0. 6mol/L。實(shí)施例1(1)取電阻率為0.005歐姆 厘米、大小為15X 15mm2、厚度為675微米的N型 <100>硅片，清洗后將Mgai5zna850溶膠旋涂在硅襯底上，在300°C的溫度下烘干10分鐘，重 復(fù)兩次；在氧氣氣氛、750°C的溫度下進(jìn)行熱處理1小時(shí)，形成Mgai5Zn(l.850薄膜。厚度約為 120nm。(2)將MgQ.2ZnQ.80溶膠旋涂MgQ.15ZnQ.850薄膜上，在300°C溫度下烘干10分鐘，并在 自然空氣條件下，在空氣氣氛、500°C的溫度下進(jìn)行熱處理1小時(shí)，最后形成的Mga2Zn(l.80薄 膜厚度約為60nm。(3)在MgQ.2Zna80薄膜上濺射約20nm厚的半透明Au電極，在硅襯底背面濺射沉積
4lOOnm厚的Au電極，兩者的面積均為10 X 10mm2。最終形成如圖1所示的結(jié)構(gòu)電致發(fā)光器件，包括襯底1，襯底上從下至上發(fā)光層2、 勢(shì)壘層3和半透明電極4，發(fā)光層2為Mgai5Zn(l.850薄膜，勢(shì)壘層為Mga2Zna80薄膜，襯底另 一面濺射歐姆接觸電極5，此處同樣為Au電極。將20nm的Au電極連接正極，lOOnmAu電極連接負(fù)極，測(cè)試該器件不同注入電流下 的電致發(fā)光光譜(EL)。如圖2所示，該光譜覆蓋了紫外至可見發(fā)光區(qū)，且隨著注入電流的增 大，電致發(fā)光的強(qiáng)度也隨之增大。實(shí)施例2(1)取電阻率為0.005歐姆 厘米、大小為15X 15mm2、厚度為675微米的N型 <100>硅片，清洗后將Mgai5zna850溶膠旋涂在硅襯底上，在200°C的溫度下烘干10分鐘，重 復(fù)兩次；在氧氣氣氛、750°C的溫度下進(jìn)行熱處理1小時(shí)，形成Mgai5Zn(l.850薄膜。厚度約為 120nm。(2)將MgQ.25ZnQ.750溶膠旋涂Mga 15Zn0.850薄膜上，在200°C溫度下烘干10分鐘，并 在自然空氣條件下，在空氣氛圍、500°C的溫度下進(jìn)行熱處理1小時(shí)，最后形成的Mga25Zn(l.750 薄膜厚度約為60nm。(3)在MgQ.25Zn(l.750薄膜上濺射約20nm厚的半透明Au電極，在硅襯底背面濺射沉 積lOOnm厚的Au電極，兩者的面積均為lOXlOmm2。上述器件其結(jié)構(gòu)同實(shí)施例1，將20nm的Au電極連接正極，lOOnmAu電極連接負(fù) 極，測(cè)試該器件不同注入電流下的電致發(fā)光光譜(EL)。如圖3所示，該光譜覆蓋了紫外 至可見發(fā)光區(qū)，且隨著注入電流的增大，電致發(fā)光的強(qiáng)度也隨之增大，光譜在紫外光區(qū) (350-400nm)出現(xiàn)了一些尖銳的發(fā)光峰，這是由于電抽運(yùn)隨機(jī)激光引起的。實(shí)施例3(1)取電阻率為0.005歐姆 厘米、大小為15X 15mm2、厚度為675微米的N型 <100>硅片，清洗后將Mga 15Zn0.850溶膠旋涂在硅襯底上，在200°C的溫度下烘干15分鐘，重 復(fù)兩次；在氧氣氣氛、600°C的溫度下進(jìn)行熱處理2小時(shí)，形成Mgai5Zn(l.850薄膜。厚度約為 120nm。(2)將MgQ.35ZnQ.650溶膠旋涂Mga 15Zn0.850薄膜上，在300°C溫度下烘干10分鐘，并 在自然空氣條件下，在空氣氣氛、450°C的溫度下進(jìn)行熱處理2小時(shí)，最后形成的Mga35ZnQ.650 薄膜厚度約為60nm。(3)在MgQ.35Zn(l.650薄膜上濺射約20nm厚的半透明Au電極，在硅襯底背面濺射沉 積lOOnm厚的Au電極，兩者的面積均為lOXlOmm2。上述器件其結(jié)構(gòu)同實(shí)施例1，將20nm的Au電極連接正極，lOOnmAu電極連接負(fù) 極，測(cè)試該器件不同注入電流下的電致發(fā)光光譜(EL)。如圖3所示，該光譜覆蓋了紫外 至可見發(fā)光區(qū)，且隨著注入電流的增大，電致發(fā)光的強(qiáng)度也隨之增大，光譜在紫外光區(qū) (350-400nm)出現(xiàn)了一些尖銳的發(fā)光峰，這是由于電抽運(yùn)隨機(jī)激光引起的。實(shí)施例4(1)取電阻率為0.005歐姆 厘米、大小為15X 15mm2、厚度為675微米的N型 <100>硅片，清洗后將Mga 15Zn0.850溶膠旋涂在硅襯底上，在400°C的溫度下烘干10分鐘，重 復(fù)兩次；在氧氣氣氛、800°C的溫度下進(jìn)行熱處理1小時(shí)，形成Mgai5Zn(l.850薄膜。厚度約為120nm。(2)將Mga9ZnaiO溶膠旋涂Mgai5Zna85O薄膜上，在200°C溫度下烘干15分鐘，并在 自然空氣條件下，在空氣氣氛、550°C的溫度下進(jìn)行熱處理1小時(shí)，最后形成的Mga9ZnaiO薄 膜厚度約為60nm。(3)在Mga9Zna ^薄膜上濺射約20nm厚的半透明Au電極，在硅襯底背面濺射沉積 IOOnm厚的Au電極，兩者的面積均為IOX 10mm2。上述器件其結(jié)構(gòu)同實(shí)施例1，將20nm的Au電極連接正極，IOOnmAu電極連接負(fù) 極，測(cè)試該器件不同注入電流下的電致發(fā)光光譜(EL)。如圖3所示，該光譜覆蓋了紫外 至可見發(fā)光區(qū)，且隨著注入電流的增大，電致發(fā)光的強(qiáng)度也隨之增大，光譜在紫外光區(qū) (350-400nm)出現(xiàn)了一些尖銳的發(fā)光峰，這是由于電抽運(yùn)隨機(jī)激光引起的。
權(quán)利要求
一種基于雙層MgZnO薄膜異質(zhì)結(jié)的電致發(fā)光器件，包括襯底以及從下至上依次覆于襯底上的發(fā)光層和勢(shì)壘層，其特征在于所述的發(fā)光層為Mg0.15Zn0.85O薄膜，所述的勢(shì)壘層為MgXZn1 XO薄膜，其中X為0.2～0.9。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電致發(fā)光器件，其特征在于所述的襯底為N型硅片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電致發(fā)光器件，其特征在于所述的Mgai5Zn(l.850薄膜厚度為 100 120nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電致發(fā)光器件，其特征在于所述的MgxZni_x0薄膜為厚度為 50 60nmo
5.一種電致發(fā)光器件的制備方法，包括步驟(1)將Mgai5Zna850溶膠旋涂于襯底的第一面，烘干后進(jìn)行熱處理，形成Mgai5Zn(l.850薄膜；(2)將MgxZni_x0溶膠旋涂于Mgai5Zn(1.850薄膜上，烘干后進(jìn)行熱處理，形成MgxZni_x0薄 膜，X值為0.2 0.9 ；(3)在MgxZni_x0薄膜上濺射Au電極，在襯底第二面濺射歐姆接觸電極。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于步驟⑴和步驟⑵中烘焙溫度為 200 400°C，烘焙時(shí)間為10 15min。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于步驟(1)中熱處理溫度為600 800°C，熱處理時(shí)間為1 2小時(shí)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于步驟(2)中熱處理溫度為450 550°C，熱處理時(shí)間為1 2小時(shí)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于雙層MgZnO薄膜異質(zhì)結(jié)的電致發(fā)光器件，包括襯底以及從下至上依次覆于襯底上的發(fā)光層和勢(shì)壘層，所述的發(fā)光層為Mg0.15Zn0.85O薄膜，所述的勢(shì)壘層為MgXZn1-XO薄膜，其中X為0.2～0.9。本發(fā)明還公開一種上述電致發(fā)光器件的制備方法，包括依次在襯底上沉積Mg0.15Zn0.85O薄膜、MgXZn1-XO薄膜以及電極。本發(fā)明電致發(fā)光器件Mg0.15Zn0.85O薄膜會(huì)發(fā)光，可以通過改變MgxZn1-xO薄膜中的Mg含量調(diào)節(jié)發(fā)出激光的波長(zhǎng)。而且制備工藝簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)，所用的設(shè)備與現(xiàn)行成熟的硅器件工藝兼容。
文檔編號(hào)H01L33/02GK101894893SQ201010195510
公開日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2010年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月8日
發(fā)明者楊德仁, 田野, 馬向陽(yáng) 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)