[发明专利]一种镉锌氧合金薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种镉锌氧合金薄膜及其制备方法，具体为一种发光波长在整个可见光范围内可调的镉锌氧合金薄膜及其制备方法。

背景技术

氧化锌是一种直接禁带化合物半导体材料，在室温下具有比较大的禁带宽度(3.37eV)和很大的激子束缚能(60meV)，保证了氧化锌即使在高温下也能实现高效受激辐射，非常有利于制造在室温甚至高温下工作的高量子效率发光器件。此外，氧化锌还具有外延和晶体生长温度低、湿化学腐蚀容易、薄膜制备成本低等优点，被认为是非常有前途的光电子材料。在氧化锌材料体系中，在氧化锌中引入镉形成的镉锌氧合金可以减小氧化锌的禁带宽度，使其发光波长移至可见光范围，并且，通过调节镉锌氧合金中镉和锌的相对含量，可以调节镉锌氧合金的发光波长。但是，由于镉在氧化锌中的固溶度非常低，很难得到镉含量较高的镉锌氧合金薄膜，因此，镉锌氧薄膜的发光波长调节范围比较窄。近几年来，美国和日本学者利用比较复杂的方法制备了高镉含量的镉锌氧合金薄膜，将其带间跃迁辐射发光波长扩展到整个可见波段(J.Ishihara，A.Nakamura，S.Shigemori，T.Aoki，and J.Temmyo，Appl.Phys.Lett.89(2006)091914；J.W.Mares，F.R.Ruhge，A.V.Thompson，P.G.Kik，A.Osinsky，B.Hertog，A.M.Dabiran，P.P.Chow，and W.V.Schoenfeld，Opt.Mater.30(2007)346-350)。

但是，他们使用的方法分别是分子束外延法和远程等离子体增强金属有机物化学气相沉积法，使用设备昂贵，制备工艺复杂，无法用于工业生产中大批量低成本生产。磁控溅射法所使用设备相对低廉，是半导体工业中常用薄膜制备设备，然而，迄今为止，还没有关于利用磁控溅射法制备在整个可见光范围内波长可调的镉锌氧薄膜的报道。

发明内容

本发明提供一种镉锌氧合金薄膜及其制备方法，利用磁控溅射法于特定的温度区间内在衬底上制备不同组分的镉锌氧薄膜，得到的不同组分的镉锌氧薄膜的发光波长在整个可见光范围内可调。

一种镉锌氧合金薄膜的制备方法，包括以下步骤：

1)利用球磨后陶瓷压制方法制备镉锌合金靶材或镉锌氧陶瓷靶材；

2)采用步骤1)制备的镉锌合金靶材或镉锌氧陶瓷靶材，利用磁控溅射法在衬底上制备镉锌氧薄膜。

步骤1)中镉锌合金靶材或镉锌氧陶瓷靶材中镉和锌的原子含量比范围为0～1；通过调节球磨配料时原料的含量来控制得到的靶材中镉和锌的含量。

步骤2)中利用磁控溅射法沉积薄膜时，衬底温度为500℃～750℃，溅射时通入氩气或氩氧混合气，腔内压强为2～15Pa，溅射功率为80～150W；通过控制溅射法生长的时间长短来控制薄膜的厚度。

步骤2)中的衬底可以是硅片、石英片、蓝宝石片等任何可以承受500～750℃衬底温度的材料。

采用该方法制备得到的镉锌氧合金薄膜为c轴取向性生长的单一六方相薄膜。

本发明的优点在于：使用设备低廉，是半导体工业中常用薄膜制备设备，制备工艺简单成熟，重复性好，得到的镉锌氧合金薄膜质量优异；通过调节镉锌氧合金薄膜中镉和锌的相对含量，使得薄膜的发光波长可以在整个可见光范围内调节。

附图说明

图1是实施例1得到的镉锌氧合金薄膜的扫描电镜平面照片。

图2是实施例1得到的不同组分的镉锌氧合金薄膜的X射线衍射谱(其中x值表示薄膜中镉的原子含量，(1-x)表示薄膜中锌的原子含量，例如x＝0.1表示镉和锌的原子含量之比为0.1∶(1-0.1)，即1∶9；x＝0.5表示镉和锌的原子含量之比为0.5∶(1-0.5)，即1∶1)。

图3是实施例1得到的不同组分的镉锌氧合金薄膜的光致发光谱(其中x值表示薄膜中镉的原子含量)。

图4是实施例2得到的不同组分的镉锌氧合金薄膜的吸收系数与光子能量的关系图(其中x值表示薄膜中镉的原子含量)。

具体实施方式

实施例1