專利名稱：一種增強(qiáng)ZnO薄膜電抽運(yùn)隨機(jī)激射的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種增強(qiáng)ZnO薄膜電抽運(yùn)隨機(jī)激射的方法。
背景技術(shù)：
氧化鋅(S1O)是一種重要的直接寬禁帶半導(dǎo)體材料，室溫下其禁帶寬度為 3. 37ev。由于其原料豐富、成本低廉，無(wú)毒無(wú)污染，具有較高的室溫激子束縛能(約60meV)， 被認(rèn)為是有可能取代氮化鎵(GaN)的新一代短波長(zhǎng)發(fā)光材料。在半導(dǎo)體照明、平面顯示和 紫外光探測(cè)等領(lǐng)域有著誘人的應(yīng)用前景。由于ZnO薄膜具有較高的折射率和較強(qiáng)的光增益，是制備紫外隨機(jī)激光的理想材 料。1998年H. Cao等人首先報(bào)道了 ZnO薄膜的光抽運(yùn)隨機(jī)激射(H. Cao, Y. G. Zhao, H. C. Ong, S. Τ. Ho, J. Y. Dai, J. Y. ffu,and R. P. H. Chang, App 1. Phys. Lett. 73，3656 (1998))。在增強(qiáng)ZnO 薄膜的光抽運(yùn)隨機(jī)激射方面，可利用局域表面等離激元增強(qiáng)的方法(A. P. Abiyasa, S. F. Yu, S. P. Lau, Eunice S. P. Leong, and H. Y. Yang, Appl. Phys. Lett. 90, 231106 (2007)) 然而， 該方法制備工藝復(fù)雜，增強(qiáng)效率低，若控制不當(dāng)，反而造成發(fā)光淬滅。2007年馬向陽(yáng)等人利 用金屬-絕緣層-半導(dǎo)體(MIS)結(jié)構(gòu)，成功實(shí)現(xiàn)了 ZnO薄膜的電抽運(yùn)隨機(jī)激射Xiangyang Ma,Peiliang Chen,Dongsheng Li,Yuanyuan Zhang,and Deren Yang,Appl. Phys. Lett. 90, 231106(2007) ]0在該報(bào)道中，ZnO薄膜是在較低的溫度(750°C)下處理的。因而，隨機(jī)激射 的強(qiáng)度較弱。如何采用簡(jiǎn)單的方法來(lái)增強(qiáng)ZnO薄膜的電抽運(yùn)隨機(jī)激射是值得研究的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種增強(qiáng)ZnO薄膜電抽運(yùn)隨機(jī)激射的方法，解決了現(xiàn)有氧化鋅薄膜 電抽運(yùn)隨機(jī)激射較弱的問(wèn)題。一種增強(qiáng)ZnO薄膜電抽運(yùn)隨機(jī)激射的方法，包括將ZnO薄膜附著在襯底上，900 1100°C下加熱1 5分鐘。一種硅基ZnO薄膜的電抽運(yùn)隨機(jī)激射器件的制作方法，包括在硅襯底正面生長(zhǎng)ZnO薄膜，900 1100°C下加熱1 5分鐘后利用溶膠-凝膠 法在ZnO薄膜上制備SiA薄膜，在硅襯底背面和SiA薄膜上濺射Au電極。優(yōu)選的，所述的SiO薄膜厚度為100 140nm。優(yōu)選的，所述的SW2薄膜厚度為20 40nm。優(yōu)選的，所述的硅襯底背面的Au電極厚度180 120nm。優(yōu)選的，所述的SW2薄膜上的Au電極厚度10 30nm。本發(fā)明方法將ZnO薄膜加熱處理，電抽運(yùn)隨機(jī)激射的強(qiáng)度顯著加強(qiáng)，而且可操作 性比較強(qiáng)。


圖1為本發(fā)明基于ZnO薄膜的電抽運(yùn)隨機(jī)激射器件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為實(shí)施例1中器件在70mA正向電流注入下的EL譜圖；圖3為實(shí)施例1中器件在IlOmA正向電流注入下的EL譜圖；圖4為實(shí)施例2中器件在70mA正向電流注入下的EL譜圖；圖5為實(shí)施例2中器件在IlOmA正向電流注入下的EL譜圖。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，一種基于ZnO薄膜的電抽運(yùn)隨機(jī)激射器件，包括由重?fù)絅型硅片構(gòu)成 的襯底1，襯底1正面從下至上設(shè)有發(fā)光層2、勢(shì)壘層3和半透明金電極4，發(fā)光層2和勢(shì)壘 層3分別為ZnO薄膜和SiO2薄膜，襯底背面設(shè)置有作為歐姆接觸的Au電極5。實(shí)施例11)清洗N型硅片<100>，硅片電阻率為0.005歐姆·厘米、大小為15X15mm2、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 X IO-3Pa ；在硅片上利用反應(yīng)直流濺射的方法沉積厚度約為120nm的ZnO薄膜。然后在氧 氣氣氛下900°C熱處理5分鐘。作為對(duì)比的ZnO薄膜則在氧氣氣氛下750°C熱處理1小時(shí)。2)將正硅酸四乙酯(TEOS)乙醇(EtOH) H2O= 1 10 4(摩爾比)組成的 前驅(qū)體溶液(其中加入適量的HCl作為催化劑)旋涂在ZnO薄膜上，然后在100°C烘干15 分鐘，接著在空氣氣氛下500°C熱處理1小時(shí)，最后形成的氧化硅薄膜厚度約為30nm。3)在氧化硅薄膜上濺射約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。將半透明Au電極連接正電壓，而硅片背面的Au電極接負(fù)電壓，測(cè)試器件在不同注 入電流下的電致發(fā)光光譜。如圖2，3所示，在正向電流為70mA和IlOmA時(shí)，發(fā)光譜在紫外光區(qū)(360_420nm) 出現(xiàn)了一些尖銳的發(fā)光峰，這是由于ZnO薄膜的電抽運(yùn)隨機(jī)激射引起的。在同樣的注入電 流下，同750°C熱處理的ZnO薄膜的電抽運(yùn)隨機(jī)激射相比，900°C熱處理的ZnO薄膜的電抽運(yùn) 隨機(jī)激射的強(qiáng)度要顯著得多。實(shí)施例21)清洗N型硅片<100>，硅片電阻率為0.005歐姆·厘米、大小為15X15mm2、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 X IO-3Pa ；在硅片上利用反應(yīng)直流濺射的方法沉積厚度約為120nm的ZnO薄膜。然后在氧 氣氣氛下1100°C熱處理1分鐘。作為對(duì)比的ZnO薄膜則在氧氣氣氛下750°C熱處理1小時(shí)。2)將正硅酸四乙酯(TEOS)乙醇(EtOH) H2O= 1 10 4(摩爾比)組成的 前驅(qū)體溶液(其中加入適量的HCl作為催化劑)旋涂在ZnO薄膜上，然后在100°C烘干15 分鐘，接著在空氣氣氛下500°C熱處理1小時(shí)，最后形成的氧化硅薄膜厚度約為30nm。3)在氧化硅薄膜上濺射約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。將半透明Au電極連接正電壓，而硅片背面的Au電極接負(fù)電壓，測(cè)試器件在不同注 入電流下的電致發(fā)光光譜。
如圖4，5所示，在正向電流為70mA和IlOmA時(shí)，發(fā)光譜在紫外光區(qū)(360-420nm) 出現(xiàn)了一些尖銳的發(fā)光峰，這是由于ZnO薄膜的電抽運(yùn)隨機(jī)激射引起的。在同樣的注入電 流下，同750°C熱處理的ZnO薄膜的電抽運(yùn)隨機(jī)激射相比，1100°C熱處理的ZnO薄膜的電抽
運(yùn)隨機(jī)激射的強(qiáng)度要顯著得多。
權(quán)利要求
1.一種增強(qiáng)ZnO薄膜電抽運(yùn)隨機(jī)激射的方法，包括將ZnO薄膜附著在襯底上，900 1100°C下加熱1 5分鐘。
2.—種硅基ZnO薄膜的電抽運(yùn)隨機(jī)激射器件的制作方法，包括在硅襯底正面生長(zhǎng)ZnO薄膜，900 1100°C下加熱1 5分鐘后利用溶膠-凝膠法在 ZnO薄膜上制備SW2薄膜，在硅襯底背面和SW2薄膜上濺射Au電極。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制作方法，其特征在于所述的ZnO薄膜厚度為100 140nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制作方法，其特征在于所述的SW2薄膜厚度為20 40nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制作方法，其特征在于所述的硅襯底背面的Au電極厚度 120 180nm。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制作方法，其特征在于所述的SiO2薄膜上的Au電極厚度 10 30nm。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種增強(qiáng)ZnO薄膜電抽運(yùn)隨機(jī)激射的方法，包括將ZnO薄膜附著在襯底上，900～1100℃下加熱1～5分鐘。本發(fā)明還公開(kāi)了一種硅基ZnO薄膜的電抽運(yùn)隨機(jī)激射器件的制作方法，包括在硅襯底正面生長(zhǎng)ZnO薄膜，900～1100℃下加熱1～5分鐘后利用溶膠-凝膠法在ZnO薄膜上制備SiO2薄膜，在硅襯底背面和SiO2薄膜上濺射Au電極。本發(fā)明方法將ZnO薄膜加熱處理，電抽運(yùn)隨機(jī)激射的強(qiáng)度顯著加強(qiáng)，而且可操作性比較強(qiáng)。
文檔編號(hào)H01L33/00GK102097550SQ201110006590
公開(kāi)日2011年6月15日 申請(qǐng)日期2011年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月13日
發(fā)明者楊德仁, 田野, 馬向陽(yáng) 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)