[发明专利]一种调控本征氧化锌薄膜可见光发光类型的方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体光电材料技术领域，涉及一种调控室温下制备的本征氧化锌薄膜可见光发光类型的方法

背景技术

氧化锌是一种直接宽带隙的II-VI族化合物半导体材料，室温下禁带宽度为3.37eV，激子束缚能高达60meV，它在太阳能电池、紫外探测器、发光二极管、激光器、表面声波器件以及透明导电电极等方面都有着极其广泛的应用。而氧化锌作为一种新型的半导体光电材料，人们更关注的是它的光电性能，尤其是其可见光发光机理及调控。

在氧化锌的研究与应用中，薄膜是其主要的形态结构，通常氧化锌薄膜的光致发光表现为近带边紫外发光和深能级可见光发光。许多研究把紫外发光归结为近带边发射：包括自由激子，束缚激子以及其相应的声子伴线。而可见光发光又称为缺陷发光，其发光的类型及强度与氧化锌薄膜本征缺陷的种类及浓度密切相关。我们的实验研究表明，氧化锌薄膜可见光发光带可划分为四个独立的发光带，其中红光归属为Oi发光、黄橙光归属为V_O⁺⁺发光、绿光归属为V_Zn发光以及蓝光归属为V_O⁺发光，因此，通过控制氧化锌本征缺陷的种类就能够对其可见光发光的类型进行调控。

目前，对于氧化锌薄膜可见光发光的研究很多。在不同的气氛环境中退火处理，得到具有室温下发射蓝光和紫光的氧化锌薄膜，退火能够给原子提供足够的能量进行迁移扩散，有效地降低晶格缺陷，但过高的退火温度也会引入新的晶格缺陷。通过不同的制备工艺及掺杂技术也可以实现氧化锌薄膜可见光发光类型的改变，但这些方法操作复杂，可控性不强，无法实现可见光发光类型从红橙光到蓝绿光的连续变化，即不能实现对本征氧化锌薄膜可见光发光的调控。激光作为一种能量密度很高的清洁热源，与物质发生相互作用时，物质结构及其物化性能将随激光发生变化。激光辐照能够产生瞬间高温的热效应，同时还具有打断分子键的光化学效应，它无污染、低噪声、高密度、可进行多种加工。因此，利用激光加工，开发一种工艺简单、可控性强、重复性高、成本低廉的调控本征氧化锌薄膜可见光发光类型的方法，具有非常重要的科学意义，并且在光电领域存在巨大的应用价值。

发明内容

本发明所要解决的问题是开发一种工艺简单、可控性强、重复性高、成本低廉的调控本征氧化锌薄膜可见光发光类型的方法。

本发明所提供的技术方案，首先是一种室温下制备本征氧化锌薄膜的方法，其次是一种调控本征氧化锌薄膜可见光发光的方法，其步骤如下：

(1)将蓝宝石衬底置于脉冲激光溅射沉积系统的硅板加热器上，利用机械泵和分子泵抽真空，使系统真空度不低于10^-4Pa，然后关闭分子泵，通入氧气气氛，使氧气气压达到38-42Pa(优选40Pa)，维持稳定；

(2)调节系统光路，使激光束聚焦于氧化锌靶材，并且使等离子体羽辉能够均匀地覆盖衬底，靶材与衬底间的距离为60mm，设置薄膜沉积参数，沉积薄膜，使得薄膜的厚度为250-300nm，优选260nm；

进一步优选上述沉积薄膜的激光能量为400mJ/pulse，重复频率为3Hz，优选沉积10000个脉冲沉积，沉积温度为室温。

(3)将沉积的本征氧化锌薄膜在室温下空气中进行激光辐照处理，通过调整激光的能量来调控本征氧化锌薄膜可见光发光类型，连续调控激光的能量可得到氧化锌薄膜连续的不同类型的发光，优选脉冲数为100个。

如激光辐照能量分别为200、300、400、500、600和700mJ每个脉冲。

上述所用蓝宝石衬底是Al₂O₃(0001)，并进行清洁处理：分别将衬底浸入丙酮、酒精及去离子水中，各超声清洗2～3次，每次5～10分钟，直至衬底表面干净，最后干燥备用。

上述所用的溅射靶材为99.99％的氧化锌陶瓷，上述所用激光器是Lambda PhysikLPXpro型KrF准分子激光器，激光波长为248nm。

与现有的改变氧化锌薄膜可见光发光类型的方法相比，本发明具有的有益效果是：

(1)加工工艺简单，所有的辐照过程都是在室温下空气中进行；

(2)可控性强，仅通过改变激光辐照能量就可以实现氧化锌薄膜从红橙光到蓝绿光的连续调控。

(3)所使用的氧化锌薄膜可用脉冲激光溅射沉积法制备，生产成本低廉，适合

工业规模化，应用于LED、LD等发光电子器件中。

附图说明