專利名稱：制備氧化鋅/p型硅異質(zhì)結紫外電致發(fā)光器件的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及以ZnO薄膜為紫外發(fā)光層的電致發(fā)光器件的制備方法，尤其是氧化鋅/p型硅異質(zhì)結紫外電致發(fā)光器件的制備方法。
背景技術：
由于ZnO在室溫下具有3.37eV的直接帶隙和60mev的激子束縛能，因此它是實現(xiàn)紫外發(fā)光的理想的光電子材料。但是，ZnO的電致紫外發(fā)光二極管以及激光二極管很難實現(xiàn)，它遇到的最大障礙是ZnO高濃度的P型摻雜存在相當?shù)睦щy。Toru Aoki等人報道了用激光摻雜實現(xiàn)ZnO二極管，并在110K下獲得了紫外發(fā)光(參考文獻T.Aoki，Y.Hatanaka，and D.C.Look，Appl.Phys.Lett.76，3257(2000))；Xin-Li Guo等人利用N2O等離子增強脈沖激光反應沉積法實現(xiàn)了ZnO的P型摻雜，從而獲得ZnO發(fā)光二極管，不過在紫外光區(qū)的發(fā)光很微弱(參考文獻X.L.Guo，J.H.Choi，H.Tabata，and T.Kawai，Jpn.J.Appl.Phys.40，L177(2001))；Atsushi Tsukazaki等人報道了重復溫度調(diào)制外延法實現(xiàn)P型摻雜，從而制備了ZnO二極管，并獲得了從紫外到綠光區(qū)域的電致發(fā)光，然而紫外區(qū)域的發(fā)光依然比較弱(參考文獻A.Tsukazaki，A.Ohtomo，T.Onuma，M.Ohtani，T.Makino，M.Sumiya，K.Ohtani，S.F.Chichibu，S.Fuke，Y.Segawa，H.Ohno，H.Koinuma，and M.Kawasaki，Nature Mater.4，42(2005))。
在ZnO的可實用化P型摻雜目前還沒有徹底解決的情況下，為了避開這個困難，人們曾嘗試了多種ZnO基的異質(zhì)結結構，如p-SrCu2O2/n-ZnO，p-GaN/n-ZnO納米棒，p-AlGaN/n-ZnO，p-GaN/i-ZnO/n-ZnO和n-MgZnO/n-ZnO/p-AlGaN/p-GaN，并成功地實現(xiàn)了ZnO的紫外電致發(fā)光。報道文獻有H.Ohta，M.Orita，and M.Hirano，and H.Hosono，J.Appl.Phys.89，5720(2001)；Won Il Park and Gyu-Chui Yi，Adv.Mater.16，87(2004)；Ya.I.Alivov，E.V.Kalinina，A.E.Cherenkov，D.C.Look，B.M.Ataev，A.K.Omaev，M.V.Chukichev，D.M.Bagnall，Appl.Phys.Lett.83，4719(2003)；H.Y.Xu，Y.C.Liu，Y.X.Liu，C.S.Xu，C.L.Shao，R.Mu，Appl.Phys.B 00，1-4(2005)；A.Osinsky，J.W.Dong，M.Z.Kauser，B.Hertog，A.M.Dabiran，P.P. Chow，S.J.Pearton，O.Lopatiuk and L.Chemyak，Appl.Phys.Lett.85，4272(2004)。
在ZnO的異質(zhì)結中，由于Si在半導體行業(yè)中的主導地位，使得p-Si/n-ZnO異質(zhì)結有更大的應用潛力。但是，迄今為止制備出的p-Si/n-ZnO異質(zhì)結多應用于光電器件，并沒有實現(xiàn)p-Si/n-ZnO異質(zhì)結的電致發(fā)光。(參考文獻S.E.Nikitin，Yu.A.Nikolaev，I.K.Polushina，V.Yu.Rud，Yu.V.Rud，and E.I.Terukov，Semiconductor 37(11)，1291-1295(2003)；Munizer Purica，Elena Budianu，EmilRusu，Microelectronic Engineering 51-52，425-431(2000)；H.Y.Kim，M.O.Park，J.H.Kim，S.Im，Optical Materials 17，141(2001)；J.Y.Lee，Y.S.Choi，W.H.Choi，H.W.Yeom，Y.K.Yoon，J.H.Kim，S.Im，Thin Solid Films 420-421，112-116(2002)；C.H.Park，I.S.Jeong，J.H.Kim，and Seongil Im，Applied Physics Letters 82(22)，3973-3975(2003))發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提出一種制備氧化鋅/p型硅異質(zhì)結紫外電致發(fā)光器件的方法。
本發(fā)明制備的氧化鋅/p型硅異質(zhì)結紫外電致發(fā)光器件，在硅襯底的正面生長一層ZnO薄膜，在ZnO薄膜上沉積半透明薄膜電極，在硅片背面沉積歐姆接觸電極，其具體的工藝步驟如下1)將電阻率為0.005-0.02歐姆.厘米的P型重摻雜硅片清洗后放入直流反應磁控濺射裝置的反應室中，反應室真空度抽至1～5×10-3Pa，以Zn為靶材，以O2和Ar作為濺射氣氛，O2和Ar的流量比為O2∶Ar＝1∶2～1∶5，在5～20Pa壓強下，襯底溫度為300℃～500℃，濺射功率60～120W，進行濺射生長，得到ZnO薄膜；2)在ZnO薄膜上濺射半透明電極，在P型硅襯底背面濺射歐姆接觸電極。
本發(fā)明中，濺射在ZnO薄膜上的半透明電極可以是Au或者ITO薄膜。ZnO薄膜的厚度為50～500nm。
本發(fā)明用重摻P型硅片與ZnO形成異質(zhì)結，在反向偏壓下(負壓加在硅襯底上)可以得到ZnO的室溫紫外電致發(fā)光。
本發(fā)明的有益效果在于器件的結構和制備方法簡單，不需要采用復雜的分子束外延(MBE)和金屬有機物化學氣相沉積(MOCVD)等手段。而且該器件結構及其制備方法與現(xiàn)行的成熟的硅器件平面工藝兼容。


圖1是氧化鋅/p型硅異質(zhì)結紫外電致發(fā)光器件示意圖；圖2是氧化鋅/p型硅異質(zhì)結紫外電致發(fā)光器件在反向偏置下獲得的電致發(fā)光譜。
具體實施例方式
以下結合附圖進一步說明本發(fā)明。
圖1示出了發(fā)明的氧化鋅/p型硅異質(zhì)結紫外電致發(fā)光器件，在硅襯底1的正面自下而上依次沉積有ZnO薄膜2和電極3，在硅襯底背面沉積有歐姆接觸電極4。
實施例1采取如下工藝步驟(1)清洗P型<100>重摻硼，電阻率為0.005歐姆.厘米、大小為15×15mm、厚度為675微米的硅片；(2)將硅片放入直流反應磁控濺射裝置的反應室中，反應室真空度抽至5×10-3Pa，在濺射時，采用Zn靶、襯底溫度300℃、濺射功率60W，通以O2和Ar混合氣體，O2和Ar的流量比為O2∶Ar＝1∶2，工作壓強為5Pa，進行濺射生長，沉積厚度約為50nm的ZnO薄膜；(3)在ZnO薄膜上濺射面積10×10mm2、厚度10nm的Au膜，在硅襯底背面濺射厚度100nm的Au膜。
實施例2采取如下工藝步驟(1)清洗P型<100>重摻硼，電阻率為0.01歐姆.厘米、大小為15×15mm、厚度為675微米的硅片；(2)將硅片放入直流反應磁控濺射裝置的反應室中，反應室真空度抽至3×10-3Pa，在濺射時，采用Zn靶、襯底溫度400℃、濺射功率100W，通以O2和Ar混合氣體，O2和Ar的流量比為O2∶Ar＝1∶3，工作壓強為10Pa，進行濺射生長，沉積厚度約為300nm的ZnO薄膜；(3)在ZnO薄膜上濺射面積10×10mm2、厚度10nm的Au膜，在硅襯底背面濺射厚度100nm的Au膜。
實施例3采取如下工藝步驟(1)清洗P型<100>重摻硼，電阻率為0.02歐姆.厘米、大小為15×15mm、厚度為675微米的硅片，(2)將硅片放入直流反應磁控濺射裝置的反應室中，反應室真空度抽至3×10-3Pa，在濺射時，采用Zn靶、襯底溫度500℃、濺射功率120W，通以O2和Ar混合氣體，O2和Ar的流量比為O2∶Ar＝1∶5，工作壓強為20Pa，進行濺射生長，沉積厚度約為500nm的ZnO薄膜；(3)在ZnO薄膜上濺射面積10×10mm2、厚度10nm的Au膜，在硅襯底背面濺射厚度100nm的Au膜。
圖2給出了通過上述方法獲得的器件在室溫下測得的不同驅(qū)動電壓/電流下的電致發(fā)光(EL)譜，正向偏置時，正壓加在硅襯底上。從圖中可以看出，隨著電流/電壓的增大，電致發(fā)光的強度也隨著增大，這是典型的電致發(fā)光的特征。此外，主要發(fā)光峰的位置在386nm附近，這來源于ZnO近帶邊躍遷產(chǎn)生的紫外光發(fā)射。
權利要求
1.制備氧化鋅/p型硅異質(zhì)結紫外電致發(fā)光器件的方法，其特征是包括以下步驟1)將電阻率為0.005-0.02歐姆.厘米的P型重摻雜硅片清洗后放入直流反應磁控濺射裝置的反應室中，反應室真空度抽至1～5×10-3Pa，以Zn為靶材，以O2和Ar作為濺射氣氛，O2和Ar的流量比為O2∶Ar＝1∶2～1∶5，在5～20Pa壓強下，襯底溫度為300℃～500℃，濺射功率60～120W，進行濺射生長，得到ZnO薄膜；2)在ZnO薄膜上濺射半透明電極，在P型硅襯底背面濺射歐姆接觸電極。
2.根據(jù)權利要求1所述的制備氧化鋅/p型硅異質(zhì)結紫外電致發(fā)光器件的方法，其特征是濺射在ZnO薄膜上的半透明電極是Au或者ITO薄膜。
3.根據(jù)權利要求1所述的制備氧化鋅/p型硅異質(zhì)結紫外電致發(fā)光器件的方法，其特征是ZnO薄膜的厚度為50～500nm。
全文摘要
本發(fā)明公開了制備氧化鋅/p型硅異質(zhì)結紫外電致發(fā)光器件的方法，步驟如下1)將電阻率為0.005－0.02歐姆.厘米的P型重摻雜硅片清洗后放入直流反應磁控濺射裝置的反應室中，反應室真空度抽至1～5×10
文檔編號C23C14/35GK1825634SQ200610049178
公開日2006年8月30日 申請日期2006年1月19日 優(yōu)先權日2006年1月19日
發(fā)明者馬向陽, 楊德仁, 陳培良, 闕端麟 申請人:浙江大學