[发明专利]一种Zn1-xMgxO基异质结及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种Zn_1-xMg_xO基异质结及其制备方法，尤其是由n-Zn_1-xMg_xO薄膜层和p-Ni_1-yMg_yO薄膜层构成的一种Zn_1-xMg_xO基异质结及其制备方法，属于宽禁带半导体光电子器件技术领域。

背景技术

Zn_1-xMg_xO合金是一种宽禁带Ⅱ-Ⅵ族氧化物半导体，具有原料丰富、环境友好和沉积温度相对较低等特点，是制备紫外波段发光二极管和激光器等光电器件的热点材料。但是，Zn_1-xMg_xO走向光电器件应用的关键是实现稳定、低阻且高质量的n型和p型Zn_1-xMg_xO薄膜。目前，n型Zn_1-xMg_xO薄膜的研究已经比较成熟，且能够通过实时掺杂实现优异光电性能的调控，而Zn_1-xMg_xO薄膜的p型掺杂由于存在强的自补偿效应却遇到诸多困难。

因此，寻找与Zn_1-xMg_xO禁带宽度类似的p型替代材料，与n型Zn_1-xMg_xO构成异质结，以期实现更短波长的蓝紫光Zn_1-xMg_xO基发光二极管。由于NiO和MgO具有相同的晶体结构和晶格常数，可以获得任意组分的无限固溶体合金，从而实现其能带工程。而且所形成的Ni_1-yMg_yO合金是一种典型的具有直接带隙的本征p型半导体材料，可通过实时掺杂进一步对其光电性能进行调控。因此，利用n型Zn_1-xMg_xO和p型Ni_1-yMg_yO合金构成n-Zn_1-xMg_xO/p-Ni_1-yMg_yO异质结结构，是目前制备更短波长紫光发光二极管的理想材料。

发明内容

本发明的目的是克服现有p型Zn_1-xMg_xO薄膜材料难于制备、组成异质结的n型和p型薄膜层禁带宽度不可调节等问题，并提供一种禁带宽度均连续可调的Zn_1-xMg_xO基异质结及其制备方法。

本发明的上述目的是通过以下技术方案来实现的：

一种Zn_1-xMg_xO基异质结，其特征是：在衬底上自下而上依次沉积n-Zn_1-xMg_xO薄膜层和p-Ni_1-yMg_yO薄膜层；所述衬底是氧化锌、蓝宝石、硅、玻璃和石英中的一种；所述n-Zn_1-xMg_xO薄膜层是Al或Ga掺杂的Zn_1-xMg_xO合金薄膜，其中，Mg的摩尔百分含量x为0<x≤30%，Al或Ga的摩尔百分含量a为0<a<5%；所述p-Ni_1-yMg_yO薄膜层是Li掺杂的Ni_1-yMg_yO合金薄膜，其中，Mg的摩尔百分含量x为0<y≤40%，Li的摩尔百分含量b为0<b<10%。

一种用于上述Zn_1-xMg_xO基异质结的制备方法，其特征在于：该方法是采用脉冲激光沉积法，具体步骤如下：

1）将ZnO和MgO与Al₂O₃粉末；或ZnO和MgO与Ga₂O₃粉末，其中Mg的摩尔百分含量x为0<x≤30%；Al或Ga的摩尔百分含量a为0<a<5%，混合均匀后压制成型，在800 °C预烧结1小时以上，再在1100~1200 °C烧结8小时以上，制得掺Al或Ga的Zn_1-xMg_xO陶瓷靶材；