一种MgZnOS四元ZnO合金半导体材料及其制备方法

摘要

本发明公开一种MgZnOS四元ZnO合金半导体材料及其制备方法，通过Mg与S同时掺杂ZnO，调节MgZnOS中Mg与Zn、O与S的比例形成全新的MgZnOS四元ZnO合金半导体材料，使得该类宽禁带半导体的带隙在更宽范围内(2.94eV～3.95eV)可调，可用于紫外发光器件或光探测器件。本发明MgZnOS单晶材料为世界上首次成功合成，制备MgZnOS四元ZnO合金半导体材料对于开发波长可调的紫外光电器件具有非常重要的意义。此MgZnOS四元ZnO合金半导体材料可采用常规脉冲激光烧蚀沉积、磁控溅射、电子束蒸发等多种方法进行生长，设备和操作工艺简单，易于控制。

主权项

一种MgZnOS四元ZnO合金半导体材料的制备方法，其特征在于，所述MgZnOS四元ZnO合金半导体材料的制备方法包括如下步骤：步骤1，制备生长MgZnOS四元ZnO合金半导体薄膜材料所需的陶瓷靶材，1.1、按比例称取ZnS和MgO粉末，所述ZnS粉末和MgO粉末的摩尔比例为99:1～75:25；1.2、在称取的上述粉末中加入粉末总质量60％的去离子水进行球磨；1.3、将球磨后的混合粉末进行真空干燥处理，真空度为0.1Pa，温度为110℃，干燥6～8小时；1.4、在干燥后的ZnS与MgO混合粉末中加入粉末总质量2～6％的去离子水，研磨搅拌使两种粉末均匀混合粘结在一起；1.5、将混匀物置于模具中，压制成陶瓷坯片，陶瓷坯片的厚度为2～3mm；1.6、将陶瓷坯片放入真空管式炉，并在陶瓷坯片周围放置硫粉及与陶瓷坯片成分相同的粉料，在氮气保护下，在700℃～1250℃高温烧结4～6小时后得到所需陶瓷材料；步骤2，利用陶瓷靶材、蓝宝石和有机溶剂，采用脉冲激光烧蚀沉积方法制备MgZnOS薄膜，2.1、采用步骤1制备的陶瓷材料作为激光烧蚀靶材，采用蓝宝石作为薄膜生长的衬底；2.2、将衬底经过丙酮、无水乙醇和去离子水中的一种或几种试剂超声波清洗15min；2.3、将步骤1制备的靶材和步骤2.2清洗得到的衬底分别放在靶台和样品台上装入真空室，并开启真空泵抽真空，真空度为10^‑4Pa以下，调节衬底的生长温度为0～750℃，开启样品台和靶台自转；2.4、通入氧气，调整氧压为0～10Pa，开启激光器，将陶瓷靶材表面原子激光烧蚀出来沉积在衬底表面形成MgZnOS薄膜，激光能量为250‑600mJ/pulse。