專利名稱：一種硅基Mg的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及硅基MgxZn1-xO(0.1＜x＜0.3)紫外電致發(fā)光器件及其制備方法。
背景技術(shù)：
近期，由于光電技術(shù)的發(fā)展，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，使得寬禁帶半導(dǎo)體受到了越來(lái)越多的關(guān)注。ZnO在室溫下具有3.37eV的直接帶隙和60meV的激子束縛能，使它成為實(shí)現(xiàn)紫外發(fā)光的理想光電子材料。1998年，A.Ohtomo首先提出，在ZnO中摻入Mg得到MgxZn1-xO合金，可以使得其禁帶寬度增大(參考文獻(xiàn)A.Ohtomo，M.Kawasaki，T.Koida，K.Masubuchi，H.Koinuma，Y.Sakurai，Y.Yoshida，T.Yasuda and Y.Segawa，Appl.Phys.Lett.72，2466(1998))。之后的研究表明，在保證MgxZn1-xO合金不分相并且維持六方晶系不變的情況下，Mg的原子含量可以達(dá)到37％，同時(shí)禁帶寬度隨之增大到4.0eV以上，并且可以通過(guò)調(diào)節(jié)Mg的含量調(diào)節(jié)MgxZn1-xO合金的禁帶寬度，使得MgxZn1-xO合金成為很有發(fā)展前途的帶隙可調(diào)的紫外光電材料(參考文獻(xiàn)S.Choopun，R.D.Vispute，W.Yang，R.P.Sharma，T.Venkatesan，and H.Shen，Appl.Phys.Lett.80，1529(2002)；W.Yang，S.S.Hullavarad，B.Nagaraj，I.Takeuchi，R.P.Sharma，T.Venkatesan，R.D.Vispute and H.Shen，Appl.Phys.Lett.82，3424(2003)；I.Takeuchi，W.Yang，K.S.Chang，M.A.Amova，T.Venkatesan，R.D.Vispute and L.A.Bendersky，J.Appl.Phys.94，7336(2003)；N.B.Chen and C.H.Sui，Materials Science and Engineering B 126，16(2006))。迄今為止，已經(jīng)有研究者通過(guò)各種方法來(lái)制備MgxZn1-xO薄膜，比如脈沖激光沉積(PLD)，分子束外延(MBE)，金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積(MOCVD)，磁控濺射，溶膠—凝膠等，并對(duì)MgxZn1-xO薄膜的形貌，組成結(jié)構(gòu)，紫外—可見(jiàn)吸收，光致發(fā)光等性質(zhì)進(jìn)行了研究(參考文獻(xiàn)J.W.Kim，H.S.Kang，J.H.Kim，S.Y.Lee，J.K.Lee and M.Nastasi，J.Appl.Phys.100，033701(2006)；H.Matsui，H.Tabata，N.Hasuike and H.Harima，J.Appl.Phys.99，024902(2006)；C.Y.Liu，Y.C.Liu，B.P.Zhang and R.Mu，Phys.Stat.Sol.(c)3，3508(2006)；S.Kumar，V.Gupte and K.Sreenivas，J.Phys.Condens.Matter 18，3343(2006)；D.Zhao，Y.Liu，D.Shen，Y.Lu，J.Zhangand X.Fan，J.Appl.Phys.90，5561(2001))。但是，還沒(méi)有關(guān)于MgxZn1-xO電致發(fā)光的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種簡(jiǎn)單的硅基MgxZn1-xO紫外電致發(fā)光器件及其制備方法。
本發(fā)明的硅基MgxZn1-xO紫外電致發(fā)光器件，其特征是在硅襯底的正面自下而上依次沉積有MgxZn1-xO薄膜層、0.1＜x＜0.3，SiO2或Al2O3薄膜層和電極，在硅襯底背面沉積有歐姆接觸電極。
發(fā)明的硅基MgxZn1-xO紫外電致發(fā)光器件的制備方法，包括以下步驟1)將電阻率為0.005-50歐姆.厘米的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，反應(yīng)室真空度抽至1～5×10-3Pa，以Mg的原子含量為10～30％的MgZn合金為靶材，以O(shè)2和Ar作為濺射氣氛，O2和Ar的流量比為O2∶Ar＝1∶2～1∶5，在10～20Pa壓強(qiáng)下，襯底溫度為300℃～600℃，進(jìn)行濺射生長(zhǎng)，得到MgxZn1-xO薄膜，0.1＜x＜0.3；2)利用化學(xué)氣相沉積法或蒸發(fā)法或?yàn)R射法或溶膠—凝膠方法在MgxZn1-xO薄膜上沉積SiO2或Al2O3薄膜；3)在SiO2或Al2O3薄膜上濺射半透明電極，在硅襯底背面濺射歐姆接觸電極。
上述的硅襯底為N型硅片。
本發(fā)明可以通過(guò)調(diào)節(jié)襯底溫度和濺射氣氛來(lái)改變MgxZn1-xO薄膜的結(jié)晶狀態(tài)，通過(guò)調(diào)整濺射時(shí)間來(lái)改變MgxZn1-xO薄膜的厚度。
本發(fā)明的有益效果在于通過(guò)調(diào)整薄膜中Mg和Zn的相對(duì)含量，可以調(diào)節(jié)其紫外電致發(fā)光的波長(zhǎng)。并且器件的結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)方式簡(jiǎn)單，不需要采用復(fù)雜的分子束外延(MBE)和金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積(MOCVD)等手段。并且，該器件的制備方法所用的設(shè)備與現(xiàn)行成熟的硅器件平面工藝兼容。


圖1是硅基MgxZn1-xO紫外電致發(fā)光器件示意圖；圖2是硅基MgxZn1-xO紫外電致發(fā)光器件在不同正向偏置下獲得的電致發(fā)光譜。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。
參照?qǐng)D1，發(fā)明的硅基MgxZn1-xO紫外電致發(fā)光器件，在硅襯底1的正面自下而上依次沉積有MgxZn1-xO薄膜層2、0.1＜x＜0.3，SiO2或Al2O3薄膜層3和電極4，在硅襯底背面沉積有歐姆接觸電極5。
實(shí)施例1采取如下工藝步驟1)清洗N型<100>，電阻率為0.005歐姆.厘米、大小為15×15mm2、厚度為675微米的硅片，清洗后放入直流反應(yīng)磁控濺射裝置的反應(yīng)室中，反應(yīng)室真空度抽至1×10-3Pa；在硅片上利用反應(yīng)直流濺射的方法沉積厚度約為300nm的MgxZn1-xO薄膜，在濺射時(shí)，采用MgZn合金靶(Mg的原子含量為10％)、襯底溫度300℃、濺射功率120W、通以O(shè)2和Ar混合氣體，O2和Ar的流量比為1∶2，工作壓強(qiáng)為10Pa；2)采用摩爾比為正硅酸四乙酯(TEOS)∶乙醇(EtOH)∶H2O＝1∶10∶4的前驅(qū)體溶液，并加入適量的HCl作為催化劑，利用溶膠—凝膠方法在MgxZn1-xO薄膜上旋涂沉積厚度約為200nm的SiO2薄膜，旋涂后在80℃下烘干20分鐘，然后在650℃于氧氣下熱處理2小時(shí)；3)在SiO2薄膜上和硅襯底背面分別濺射10nm和100nm厚的Au膜，其中前者的面積10×10mm2。
實(shí)施例2采取如下工藝步驟1)清洗N型<100>，電阻率為0.5歐姆.厘米、大小為15×15mm2、厚度為675微米的硅片，清洗后放入直流反應(yīng)磁控濺射裝置的反應(yīng)室中，反應(yīng)室真空度抽至5×10-3Pa；在硅片上利用反應(yīng)直流濺射的方法沉積厚度約為300nm的MgxZn1-xO薄膜，在濺射時(shí)，采用MgZn合金靶(Mg的原子含量為20％)、襯底溫度500℃、濺射功率120W、通以O(shè)2和Ar混合氣體，O2和Ar的流量比為1∶3，工作壓強(qiáng)為20Pa，2)以正硅酸四乙酯(TEOS)為氣源，利用化學(xué)氣相沉積方法在MgxZn1-xO薄膜上沉積厚度約為100nm的SiO2薄膜，沉積溫度為500℃，工作壓強(qiáng)為100Torr；3)在SiO2薄膜上和硅襯底背面分別濺射10nm和100nm厚的Au膜，其中前者的面積10×10mm2。
實(shí)施例3采取如下工藝步驟1)清洗N型<100>，電阻率為50歐姆.厘米、大小為15×15mm2、厚度為675微米的硅片，清洗后放入直流反應(yīng)磁控濺射裝置的反應(yīng)室中，反應(yīng)室真空度抽至3×10-3Pa；在硅片上利用反應(yīng)直流濺射的方法沉積厚度約為300nm的MgxZn1-xO薄膜，在濺射時(shí)，采用MgZn合金靶(Mg的原子含量為30％)、襯底溫度500℃、濺射功率120W、通以O(shè)2和Ar混合氣體，O2和Ar的流量比為1∶1，工作壓強(qiáng)為5Pa；2)以藍(lán)寶石顆粒為蒸發(fā)源，利用電子束蒸發(fā)方法在MgxZn1-xO薄膜上沉積厚度約為100nm的Al2O3薄膜；3)在Al2O3薄膜上和硅襯底背面分別濺射10nm和100nm厚的Au膜，其中前者的面積10×10mm2。
圖2給出了通過(guò)上述方法獲得的器件在室溫下測(cè)得的不同驅(qū)動(dòng)電壓/電流下的電致發(fā)光(EL)譜，正向偏置時(shí)，負(fù)壓加在硅襯底上。從圖中可以看出，隨著電流/電壓的增大，電致發(fā)光的強(qiáng)度也隨著增大，這是典型的電致發(fā)光的特征。此外，主發(fā)光峰的位置在350nm附近，這來(lái)源于MgxZn1-xO(x＝0.2)近帶邊躍遷產(chǎn)生的紫外光發(fā)射。
權(quán)利要求
1.一種硅基MgxZn1-xO紫外電致發(fā)光器件，其特征是在硅襯底(1)的正面自下而上依次沉積有MgxZn1-xO薄膜層(2)、0.1＜x＜0.3，SiO2或Al2O3薄膜層(3)和電極(4)，在硅襯底背面沉積有歐姆接觸電極(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅基MgxZn1-xO紫外電致發(fā)光器件的制備方法，其特征是包括以下步驟1)將電阻率為0.005-50歐姆.厘米的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，反應(yīng)室真空度抽至1～5×10-3Pa，以Mg的原子含量為10～30％的MgZn合金為靶材，以O(shè)2和Ar作為濺射氣氛，O2和Ar的流量比為O2∶Ar＝1∶2～1∶5，在10～20Pa壓強(qiáng)下，襯底溫度為300℃～600℃，進(jìn)行濺射生長(zhǎng)，得到MgxZn1-xO薄膜，0.1＜x＜0.3；2)利用化學(xué)氣相沉積法或蒸發(fā)法或?yàn)R射法或溶膠-凝膠方法在MgxZn1-xO薄膜上沉積SiO2或Al2O3薄膜；3)在SiO2或Al2O3薄膜上濺射半透明電極，在硅襯底背面濺射歐姆接觸電極。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種硅基Mg
文檔編號(hào)H05B33/02GK101043775SQ200610155670
公開日2007年9月26日 申請(qǐng)日期2006年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月30日
發(fā)明者馬向陽(yáng), 楊德仁, 陳培良, 闕端麟 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)