[发明专利]一种MgZnO薄膜的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明属于半导体材料制备领域，具体涉及一种MgZnO薄膜的制备方法及其应用。

背景技术

目前MgZnO(MZO)薄膜作为一种新兴的光电材料，由于原料易得，价格低廉，无毒环保，而且可见透过率高，成膜简单，性能稳定，具有广阔的应用前景，引起了人们的浓厚兴趣。通过调节Mg/Zn比可使其禁带宽度从3.2～7.8eV连续可调，从而可以制得覆盖从蓝光到紫外广谱区域的发光器件。

采用磁控溅射方法制备MZO薄膜，具有沉积速率高、衬底温度相对较低、薄膜附着性好、易控制并能实现大面积沉积等优点，因而成为当今工业化生产中研究最多、工艺最成熟和应用最广的一项方法。但是，用磁控溅射法要实现薄膜中Mg含量的调节，一般是通过改变靶材的成份来实现的。这种方法，往往需要制备多个靶材，这样就造成了靶材的浪费，成本的提高；而且当Mg成份达到一定高浓度的时候，薄膜容易出现MgO和ZnO的分相，造成薄膜结晶质量的下降。

发明内容

本发明实施例提供一种MgZnO薄膜及其制备方法和应用，旨在解决现有技术中靶材成本高和MgZnO薄膜结晶质量下降的问题。

本发明实施例是这样实现的，第一方面提供一种MgZnO薄膜的制备方法，其包括如下步骤：

步骤一、靶材的制备，将MgO和ZnO粉体混合，烧结作为靶材，所述MgO与ZnO的摩尔量比为0.15～1.2；

步骤二、薄膜的沉积，将所述MgZnO靶材装入磁控溅射腔体内，抽真空，设置衬底温度为500℃～800℃，惰性气体流量为15sccm～25sccm，压强为0.6Pa～1.6Pa，溅射功率60W～160W，沉积时间为60min～240min。

本发明实施例的另一目的在于提供上述MgZnO薄膜的制备方法获得的MgZnO薄膜，薄膜中Mg与Zn的比为0.42～2.3。

本发明实施例的另一目的在于提供采用上述MgZnO薄膜的制备方法获得的MgZnO薄膜在半导体光电器件中的应用。

本发明实施例采用单一的靶材，便制备得到不同Mg含量的MgZnO薄膜。方法简单，节省材料，同时也可以达到精确控制薄膜禁带宽度的目的；此外，该方法得到的MgZnO薄膜中Mg的含量可以超出Mg在ZnO单相中存在的极限，可广泛应用于半导体光电器件等产品中。

附图说明

图1是本发明实施例的MgZnO薄膜的制备方法的流程图；

图2是本发明实施例的MgZnO薄膜的厚度随溅射沉积时间变化关系图；

图3是本发明实施例的MgZnO薄膜的XRD图；

图4是本发明实施例的MgZnO薄膜中Mg元素含量随溅射沉积时间的变化关系图；

图5是本发明实施例的在不同溅射沉积时间下得到MgZnO薄膜的透光谱图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，示出本发明实施例的一种MgZnO薄膜的制备方法，其包括如下步骤：

步骤一、靶材的制备，将MgO和ZnO粉体混合，烧结作为靶材，所述MgO与ZnO的摩尔量比为0.15～1.2；

步骤二、薄膜的沉积，将所述MgZnO靶材装入磁控溅射腔体内，抽真空，设置衬底温度为500℃～800℃，惰性气体流量为15sccm～25sccm，压强为0.6Pa～1.6Pa，溅射功率60W～160W，沉积时间为60min～240min。

步骤一中，将MgO和ZnO混合均匀，例如在1000℃～1200℃温度下烧结，得到MgZnO陶瓷。MgO的含量与MgZnO薄膜的性能有很大关系，Mg的含量越高，薄膜的透光谱吸收边所处的波长位置越往短波方向移动，禁带宽度越大。通过改变薄膜中Mg的含量，可控的改变带隙宽度，对实现能带工程是十分有利的。此外，Mg元素的加入使得MgZnO具有比ZnO薄膜更少的氧空位缺陷，更好的结晶质量。进一步，把握Mg的含量是非常关键的，因为Mg浓度过高，薄膜会出现MgO和ZnO分相。优选地，MgO和ZnO的摩尔量比为0.17～0.54，在本发明一个优选实施例中，MgZnO陶瓷制备选用MgO和ZnO粉体的摩尔量比为0.25；