專利名稱：一種采用氧化鋅調(diào)制陽(yáng)極氧化鋁光致發(fā)光譜器件的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于發(fā)光器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種采用氧化鋅調(diào)制陽(yáng)極氧化鋁光致發(fā)光譜器件及其制備方法。
背景技術(shù)：
發(fā)光器件尤其是發(fā)光二極管是半導(dǎo)體器件中應(yīng)用十分廣泛的一種器件。這一類器件將不同輸入形式的能量轉(zhuǎn)化成光子的能量輻射出來(lái)。目前常見(jiàn)的半導(dǎo)體發(fā)光器件通常只能依靠輸入的能量輻射出較窄的波段內(nèi)的光波，輻射的光波通常在可見(jiàn)光范圍里，這主要受限于一般半導(dǎo)體發(fā)光器件的發(fā)光原理。本發(fā)明所采用的是陽(yáng)極氧化鋁和氧化鋅發(fā)光譜相結(jié)合的方式，而其中的氧化鋅是研究作為新型發(fā)光器件的一個(gè)熱門材料。諸如氧化鋅的發(fā)光材料還有硒化鋅(ZnSe)、氮化鎵(GaN)等。原子層淀積是一種先進(jìn)的自限制式的化學(xué)氣相沉積薄膜制備方法，具有原子層級(jí)別的精確薄膜厚度控制能力及優(yōu)良的保形特性，適合于低溫淀積準(zhǔn)備生在納米級(jí)的薄膜，最適合在多孔結(jié)構(gòu)的陽(yáng)極氧化鋁上生長(zhǎng)氧化鋅，并實(shí)現(xiàn)不同生長(zhǎng)條件對(duì)發(fā)光譜的調(diào)制作用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種成本低廉、步驟簡(jiǎn)單、易于與集成電路工藝兼容且性能可靠的多孔結(jié)構(gòu)的發(fā)光器件及其制備方法。本發(fā)明提供的多孔結(jié)構(gòu)發(fā)光器件，是采用氧化鋅調(diào)制陽(yáng)極氧化鋁光致發(fā)光譜制成的發(fā)光器件，即利用不同的氧化鋅厚度調(diào)制陽(yáng)極氧化鋁的光致發(fā)光譜以制成的發(fā)光器件。其中，采用先進(jìn)的原子層淀積工藝淀積氧化鋅(ZnO)，所述原子層淀積工藝指的是傳統(tǒng)的原子層淀積工藝(ALD)，等離子增強(qiáng)型的原子層淀積工藝(Plasma Enhanced ALD,PEALD)和空間分布式的原子層淀積(Spatial ALD, SALD)以及所有原子層淀積工藝的變種等；采用陽(yáng)極氧化鋁(AAO)和氧化鋅相接觸的發(fā)光結(jié)構(gòu)，陽(yáng)極氧化鋁可以直接從鋁薄膜上生長(zhǎng)得到，或者將鋁膜置于各種不同類型的半導(dǎo)體襯底之上得到。所述半導(dǎo)體襯底可以是不同晶向的硅(Si)或者其他如鍺(Ge)、砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)等高遷移率半導(dǎo)體材料。本發(fā)明提出的采用原子層淀積的氧化鋅調(diào)制陽(yáng)極氧化鋁光致發(fā)光譜的發(fā)光器件的制備方法，具體步驟如下:
(I)首先用物理濺射或者真空蒸鍍鋁的工藝制備發(fā)光器件的鋁襯底材料，包括置于硅或者其他高遷移率半導(dǎo)體之上的鋁薄膜。如果采用單純的鋁片作為襯底可以省略此步驟，下文統(tǒng)稱步驟(I)得到的這幾種襯底為襯底；
(2)采用草酸溶液作為電解液，襯底為陽(yáng)極，金或者石墨為負(fù)極；
(3)加電壓20-80V，進(jìn)行第一次陽(yáng)極氧化反應(yīng)；(4)用合適溫度的磷酸和鉻酸混合溶液水浴加熱襯底30-300分鐘，優(yōu)選50— 80分
鐘；
(5)以去離子水洗凈襯底；
(6)重復(fù)(3)-(4)，步驟(4)中水浴加熱時(shí)間改為2-10分鐘；
(7)將制備好的襯底置于原子層淀積反應(yīng)腔中，待反應(yīng)腔達(dá)到0.3-2 Torr時(shí)，反應(yīng)腔的工作壓強(qiáng)保持在2-5 torr，交替脈沖式地通入Zn源(DEZn)和去離子水，兩種源脈沖分別用惰性氣體N2隔開(kāi)，吹洗反應(yīng)過(guò)程中的副產(chǎn)物及多余氣體，形成一個(gè)ALD生長(zhǎng)周期的ZnO層；其中，形成I個(gè)周期ZnO層所需要的Zn源的ALD脈沖時(shí)間為0.2-2 S，惰性氣體N2吹洗時(shí)間為1-5 s ;去離子水脈沖時(shí)間為0.2-2.0 S，惰性氣體N2吹洗時(shí)間為0.5-5.0 S，在150-200 °C下進(jìn)行反應(yīng)，通過(guò)改變ZnO的生長(zhǎng)周期N來(lái)控制氧化鋅的厚度和電導(dǎo)率；
(8)最后，對(duì)制備形成的發(fā)光器件進(jìn)行光致發(fā)光測(cè)試。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
1、陽(yáng)極氧化鋁的制備成本低廉，方法簡(jiǎn)單，產(chǎn)量高；
2、原子層淀積的氧化鋅成本低廉，具有精確的膜厚控制能力和保形性；
3、利用陽(yáng)極氧化鋁與氧化鋅相接觸的方式獲得發(fā)光器件的性能穩(wěn)定；
4、陽(yáng)極氧化鋁可以從鋁薄膜上生長(zhǎng)，而且鋁薄膜可以輕易的與各種襯底集成，大大擴(kuò)展了該發(fā)光器件的應(yīng)用場(chǎng)合；
5、借助原子層淀積的精確臺(tái)階覆蓋能力和陽(yáng)極氧化鋁的多孔結(jié)構(gòu)，使得該器件具有極聞的表面積體積比，從而有效提聞能量轉(zhuǎn)換效率。


圖1本發(fā)明發(fā)光器件結(jié)構(gòu)示意圖。圖2本發(fā)明發(fā)光器件樣品表面形貌圖。圖3本發(fā)明氧化鋅調(diào)制的陽(yáng)極氧化鋁光致發(fā)光譜。圖4本發(fā)明通過(guò)能量色散X射線熒光光譜獲取的元素信息。圖中標(biāo)號(hào):101為ZnO膜，102為AAO模板，103為Al膜，104為半導(dǎo)體襯底。
具體實(shí)施例方式下面參考附圖描述本發(fā)明的實(shí)施方式。后面的描述中，相同的附圖標(biāo)記表示相同的組件，對(duì)其重復(fù)描述將省略。圖1是發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)示意圖。首先選擇合適的襯底104區(qū)域，通過(guò)物理濺射或者真空蒸鍍的方式形成103區(qū)域，其高度A可以通過(guò)控制濺射或蒸鍍的時(shí)間來(lái)控制。在103基礎(chǔ)上利用兩次草酸溶液中的電化學(xué)氧化反應(yīng)和一次磷酸重鉻酸溶液中的水浴加熱形成102結(jié)構(gòu)，其高度//和孔徑大小Φ2可以通過(guò)調(diào)節(jié)水浴加熱時(shí)間及溶液濃度來(lái)調(diào)控。之后將此結(jié)構(gòu)置于原子層淀積工藝的反應(yīng)腔內(nèi)，在150-200°C下進(jìn)行反應(yīng)，并且通過(guò)控制通入二乙基鋅/N2吹洗/去離子水/N2吹洗的這一反應(yīng)循環(huán)次數(shù)，實(shí)現(xiàn)101層的厚度和電導(dǎo)率的控制，不同的101層厚度可以獲得不同的孔徑Φ 從而實(shí)現(xiàn)光致發(fā)光可調(diào)的光譜。圖2是給出了用掃描電子顯微鏡(SEM)表征的用上述方法制備的樣品表面形貌圖。左邊的圖為未生長(zhǎng)ZnO的AAO模板，右邊的圖為生長(zhǎng)了 IOnm厚的ZnO薄膜的AAO模板圖。圖3為不同孔徑大小Φ1的AAO模板生長(zhǎng)不同厚度ZnO薄膜后的光致發(fā)光光譜，采用的是325nm的He-Cd激光器。圖4為在孔徑大小40nm的AAO模板生長(zhǎng)IOnm厚ZnO薄膜樣品的元素能量色散譜(EDX)0上述實(shí)施例只是本發(fā)明的舉例，盡管為說(shuō)明目的公開(kāi)了本發(fā)明的最佳實(shí)施例和附圖，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解:在不脫離本發(fā)明及所附的權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)，各種替換、變化和修改都是可能的。因此，本發(fā)明不應(yīng)局限于最佳實(shí)施例和附圖所公開(kāi)的內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種多孔結(jié)構(gòu)發(fā)光器件，其特征在于是采用氧化鋅調(diào)制陽(yáng)極氧化鋁光致發(fā)光譜制成的發(fā)光器件；其中，氧化鋅采用原子層淀積工藝淀積得到，氧化鋅陽(yáng)極氧化鋁和氧化鋅相接觸，陽(yáng)極氧化鋁可以直接從鋁薄膜上生長(zhǎng)得到，或者將鋁膜置于各種不同類型的半導(dǎo)體襯底之上得到。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多孔結(jié)構(gòu)發(fā)光器件，其特征在于所述半導(dǎo)體襯底材料為不同晶向的硅，或者鍺、砷化鎵或磷化銦。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多孔結(jié)構(gòu)發(fā)光器件的制備方法，其特征在于具體步驟為: (1)首先用物理濺射或者真空蒸鍍鋁的工藝制備發(fā)光器件的鋁襯底材料， (2)采用草酸溶液作為電解液，襯底為陽(yáng)極，金或者石墨為負(fù)極； (3)加20-80V電壓，進(jìn)行第一次陽(yáng)極氧化反應(yīng)； (4)用合適溫度的磷酸和鉻酸混合溶液水浴加熱襯底30-300分鐘； (5)以去離子水洗凈襯底； (6)重復(fù)步驟(3)-步驟(4)，步驟(4)中水浴加熱時(shí)間改為2-10分鐘； (7)將制備好的襯底置于原子層淀積反應(yīng)腔中，待反應(yīng)腔達(dá)到0.3-2 Torr時(shí)，反應(yīng)腔的工作壓強(qiáng)保持在2-5 torr,交替脈沖式地通入Zn源和去離子水，兩種源脈沖分別用惰性氣體N2隔開(kāi)，吹洗反應(yīng)過(guò)程中的副產(chǎn)物及多余氣體，形成一個(gè)ALD生長(zhǎng)周期的ZnO層；其中，形成I個(gè)周期ZnO層所需要的Zn源的ALD脈沖時(shí)間為0.2-2 s,惰性氣體N2吹洗時(shí)間為1-5 s ;去離子水脈沖時(shí)間為0.2-2.0 S，惰性氣體N2吹洗時(shí)間為0.5-5.0 S，在150-200 V下進(jìn)行反應(yīng)，通過(guò)改變ZnO的生長(zhǎng)周期N來(lái)控制氧化鋅的厚度和電導(dǎo)率。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多孔結(jié)構(gòu)發(fā)光器件的制備方法，其特征在于Zn源采用二乙基鋅源。
全文摘要
本發(fā)明屬于發(fā)光器件技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種采用氧化鋅調(diào)制陽(yáng)極氧化鋁光致發(fā)光譜器件及其制備方法。該器件主要由陽(yáng)極氧化鋁和氧化鋅相接觸，表現(xiàn)出極強(qiáng)的光致發(fā)光光譜可調(diào)現(xiàn)象。這一結(jié)構(gòu)解決了氧化鋅性質(zhì)不穩(wěn)定的缺點(diǎn)，并結(jié)合了陽(yáng)極氧化鋁多孔結(jié)構(gòu)具有極高的表面積體積比的優(yōu)勢(shì)。該器件具有成本低廉，步驟簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定的特點(diǎn)。本發(fā)明還提出陽(yáng)極氧化鋁從鋁薄膜上生長(zhǎng)出來(lái)，并且可以將鋁薄膜和各種半導(dǎo)體工業(yè)中的新型高遷移率襯底材料相結(jié)合的方法，極大的拓寬了本發(fā)明的應(yīng)用范圍。
文檔編號(hào)H01L33/00GK103199162SQ201310133708
公開(kāi)日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月17日
發(fā)明者盧紅亮, 謝章熠, 王鵬飛, 張衛(wèi) 申請(qǐng)人:復(fù)旦大學(xué)