[发明专利]一种非极性p-NiO/n-ZnO异质结构及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种非极性p-NiO/n-ZnO异质结构及其制备方法，属于光电子功能器件领域。

背景技术

NiO作为一种典型的p型宽禁带半导体薄膜材料（禁带宽度为3.6~4.0 eV），在 p型透明导电薄膜、气体传感器、紫外探测器等领域显示出广阔的应用前景。随着光电技术的发展，近年来半导体光电薄膜材料受到了高度重视，NiO薄膜作为一种代表性的本征p型半导体材料，更是受到广大研究者的关注，成为半导体研究领域的热点。

在自然条件下，NiO为单一、稳定的立方氯化钠结构，采用常规方法制备的NiO通常呈现（111）取向。近年来，众多研究表明（100）取向的NiO薄膜具有最低的表面能，其表面最稳定，对很多气体如NO₂、CO、NH₃具有特殊的敏感性，是一种较好的气敏材料。因而，制备（100）取向的NiO薄膜具有重要的意义。

ZnO是一种典型的n型半导体，具有较大的激子束缚能，由于是六方结构，容易产生自发极化和压电效应，形成内建电场，严重影响ZnO基器件的发光效率。因此，为了提高ZnO基器件的内量子效率，研究ZnO非极性面生长成为了当前的研究热点。同时，ZnO与NiO晶格失配小，禁带宽度相近，可与NiO形成异质结制备半导体光电器件。目前，未有报道采用非极性ZnO与（100）取向的NiO制备的pn结器件。

 

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种非极性取向的p-NiO/n-ZnO异质结构及其制备方法。

本发明的非极性取向的p-NiO/n-ZnO异质结构，包括衬底和生长在衬底上的非极性取向的pn结，所述的衬底为m面蓝宝石，pn结是自下而上依次生长在衬底上的（100）取向的n型ZnO薄膜和（100）取向的p型NiO薄膜构成的异质pn结。

非极性p-NiO/n-ZnO异质结构的制备方法，包括以下步骤：

1）采用分子束外延法或者脉冲激光沉积法在经清洗的m面蓝宝石衬底上制备（100）取向的n型ZnO薄膜：

所述分子束外延法生长（100）取向的n型ZnO薄膜：以纯金属Zn和经射频活化的纯O₂为生长源，衬底温度为500~750℃，Zn源炉温260~300℃，氧气流量为1~3 sccm；

所述脉冲激光沉积法生长（100）取向的n型ZnO薄膜：以纯ZnO陶瓷靶作为靶材，衬底温度为450～650℃，生长压强为0.02~2 Pa；

2）采用脉冲激光沉积法在（100）取向的n型ZnO薄膜上制备（100）取向的p型NiO薄膜：靶材是纯NiO陶瓷靶或者Li掺杂的NiO陶瓷靶，衬底温度为300~500 ℃，生长压强为0.5~10 Pa。

本发明步骤1）中所述的纯金属Zn的纯度≥99.9998%，纯O₂的纯度≥99.9999%，纯ZnO陶瓷靶的纯度≥99.999%。步骤2）中所述的纯NiO陶瓷靶的纯度≥99.99%。通常，Li掺杂摩尔浓度为5%~15%。

（100）取向的n型ZnO薄膜和（100）取向的p型NiO薄膜的厚度由生长时间决定。

本发明的有益效果在于：

1）本发明的非极性取向的p-NiO/n-ZnO异质结构简单，无内建电场存在，有利于提高ZnO基光电器件发光效率，可广泛应用于紫外探测器、发光二极管和气敏传感器等领域。

2）在（100）取向的ZnO薄膜上直接制备非极性（100）取向的NiO薄膜，制备工艺简单、成本较低。

附图说明

图1是非极性p-NiO/n-ZnO异质结构的示意图。

图2是非极性p-NiO/n-ZnO异质结构的x射线衍射（XRD）图。

具体实施方式

以下结合附图详细叙述本发明。

参照图1，本发明的非极性p-NiO/n-ZnO异质结构，包括衬底1和生长在衬底上的非极性取向的pn结，所说的衬底为m面蓝宝石，pn结是自下而上依次生长在衬底1上的（100）取向的n型ZnO薄膜2和（100）取向的p型NiO薄膜3构成的异质pn结。

实施例1

1）衬底清洗：将m面蓝宝石衬底，采用丙酮、酒精和去离子水分别超声清洗10 min，最后用氮气吹干。