[发明专利]一种基于MgO衬底的石墨烯量子点掺杂氧化镓薄膜及其制备方法

说明书

本发明属于电子材料技术领域，具体涉及一种基于MgO衬底的石墨烯量子点掺杂氧化镓薄膜及其制备方法，所述石墨烯量子点掺杂氧化镓薄膜通过掺杂质量分数为0.005％～0.03％的石墨烯量子点，高载流子迁移率、热/化学稳定的石墨烯量子点能极大改善氧化镓薄膜性能，使其具有极高的空穴迁移率，适合用作普通的固体激光工作物质、可调谐激光器或超快激光器或自调Q固体激光器的增益介质。

技术领域

本发明属于电子材料技术领域，具体涉及一种基于MgO衬底的石墨烯量子点掺杂氧化镓薄膜及其制备方法。

背景技术

氧化镓是一种宽带隙半导体氧化物，禁带宽度为4.9eV，在深紫外发光、透明导电、日盲探测和高频电子器件等方面具有重要应用，已成为宽带隙半导体材料领域的研究热点。但是非故意掺杂的氧化镓膜呈现出高阻特性，使其在发光、探测和电子器件等领域的应用受到了极大的限制。

目前，改良导电特性的方法主要是对氧化镓膜进行掺杂并进行相应的激活处理，虽然人们对氧化镓的p型掺杂进行了研究，但是关于具有良好空穴导电特性氧化镓薄膜的制备依然是目前研究的热点和难点，氧化镓的禁带宽度较大，且受主能级的位置相对于价带顶较远，不利于受主电离向价带释放自由空穴，因此，尝试并找到合适的掺杂剂和掺杂方法，制备性能优良的空穴导电特性氧化镓膜，具有重要的意义。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种基于MgO衬底的石墨烯量子点掺杂氧化镓薄膜，所述石墨烯量子点掺杂氧化镓薄膜具有极高的空穴迁移率。

本发明的另一个目的是提供本发明石墨烯量子点掺杂氧化镓薄膜的制备方法。

为实现上述目的，本发明提供一种基于MgO衬底的石墨烯量子点掺杂氧化镓薄膜，包括MgO衬底材料和生长在衬底上的石墨烯量子点掺杂氧化镓外延层，所述薄膜使用石墨烯量子点掺杂，具有极好的空穴导电特性。

在一些优选的实施方案中，本发明的基于MgO衬底的墨烯量子点掺杂氧化镓薄膜，其中石墨烯量子点掺杂的质量分数为0.005％～0.03％。

在一些进一步优选的实施方案中，本发明的基于MgO衬底的墨烯量子点掺杂氧化镓薄膜，其中石墨烯量子点掺杂的质量分数为0.02％。

第二方面，本发明提供的基于MgO衬底的石墨烯量子点掺杂氧化镓薄膜的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：清洗MgO衬底，并使用氮气吹干；

步骤2：将石墨烯量子点、纯度大于99.999％的氧化镓粉末加入乙醇中，超声分散均匀，蒸除溶剂，成型，烧结，得到石墨烯量子点掺杂陶瓷靶；

步骤3：将装有MgO衬底的石英舟置于化学气相沉积设备反应室内合适的位置，将步骤2所得石墨烯量子点掺杂陶瓷靶置于石英舟与反应室进气口之间，并距离石英舟8-12cm处，关闭反应室门；

步骤4：打开气路，使氧气和惰性气体的混合气体持续通入反应室，设定化学气相沉积设备反应室内加热温度和加热时长，得到石墨烯量子点掺杂氧化镓薄膜。

根据本发明的制备方法，步骤1中所述清洗MgO衬底，包括将所述MgO衬底置于丙酮溶液中，超声波清洗5分钟，再置于无水乙醇溶液中，超声波清洗5分钟，再置于160℃的硫酸和磷酸的混合液中浸泡15min，硫酸和磷酸的比例为3:1，最后用去离子水漂洗浸泡后的MgO衬底，并用干燥的氮气吹干。

根据本发明的制备方法，步骤1中石墨烯量子点的制备是将石墨烯量子点加入含锆石墨烯量子点中进行氧化锆涂层涂覆得到；具体地，步骤1中石墨烯量子点的制备包括以下步骤：

步骤a：将丙醇锆溶解于其5～10倍质量的乙醇中，搅拌下加入体积比为3:2的乙酰丙酮/水混合溶剂，室温下静置老化2～3天，制得涂层凝胶，所述乙醇和乙酰丙酮/水混合溶剂的体积比为25～40:1；