用於Te-N共摻氧化鋅薄膜的製備方法
2023-09-10 01:28:35 2
用於Te-N共摻氧化鋅薄膜的製備方法
【專利摘要】本發明公開一種用於Te-N共摻氧化鋅薄膜的製備方法，其包括將襯底進行清洗和表面前處理；將襯底放入原子層沉積設備的反應腔室中；對襯底、管道及腔室進行加熱；然後依次分別進行鋅源、摻雜源Te、摻雜N源和氧源的沉積。本發明提供的用於Te-N共摻氧化鋅薄膜的製備方法，通過ALD逐層循環的生長方式生長Te-N共摻的氧化鋅薄膜，而且方法簡單，利用原子層沉積單層循環生長的特點，在氧化鋅薄膜生長的過程中實現均勻的在整個薄膜結構中進行摻雜，共摻後的氧化鋅薄膜，有利於促進p型電導的形成。
【專利說明】用於Te-N共摻氧化鋅薄膜的製備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及氧化鋅薄膜的製備【技術領域】，特別涉及一種用於Te-N共摻氧化鋅薄膜的製備方法。
【背景技術】
[0002]氧化鋅作為一種新型的II 一 VI族直接帶隙寬禁帶化合物，是第三代半導體材料之一，具有大的室溫禁帶寬度3.37eV，而且自由激子結合能高達60meV，近年來越來越受到人們的重視。與其它寬禁帶半導體材料相比，ZnO薄膜生長溫度低，抗輻射性好，受激輻射有較低的閾值功率和很高的能量轉換效率，這些優點使ZnO正成為光電子、微電子、信息等聞新技術在十五之後賴以繼續發展的關鍵基礎材料。
[0003]要製作ZnO基光電器件，比如發光二級管、雷射二極體等，需要同時製備η型和ρ型的ΖηΟ。然而本徵ZnO由於存在缺陷，使得ZnO呈η型；ρ型ZnO薄膜製備由於低的摻雜濃度和高的雜質電離能而難以實現。氮摻雜雖然在理論上的計算使得P型ZnO的製備成為可能，但是眾多實驗表明，由於N元素在ZnO中固溶度較低，因此單獨的N元素摻雜不能實現高載流子濃度和高遷移率的P型ZnO薄膜。為了解決該問題，共摻被認為是製備出高質量的P-ZnO薄膜最優發展前景的方向之一。
[0004]近年來，國內外的科學家報導了採用分子束外延(MBE)參見Park S H等，2010，Appl.Phys.Express, 3，031103。和金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)的方法參見Tang K等，2010，Appl.Phys.Lett.，96，242101。利用碲(Te)與N共摻實現了高質量ρ型ZnO薄膜的製備，Tang等人認為Te在薄膜中扮演表面活性劑的作用，降低受主No的形成能，提高N的固溶度，同時(N，Te)共摻可抑制與C相關的施主缺陷。華南師範大學的姚光銳等人採用基於密度泛函理論的第一性原理計算表明，N摻雜引起晶格收縮，而Te的摻入引起晶格膨脹，從而減小晶格應力促進N的摻雜，並且Te由於電負性小於O而帶正電，Te在ZnO中國作為等電子施主而存在，Te-N共摻體系中，N的雜質帶變寬，空穴更加離域，同時空穴的有效質量變小，受主能級變淺，更有利於實現P型特性，Te-N共摻有望成為一種更有效的ρ型摻雜手段，參見姚光銳等，物理學報，2012，61，17，176105。ALD技術是一種可以在原子水平的精確控制薄膜沉積的厚度和摻雜水平的沉積技術，而採用ALD技術來實現Te-N共摻ZnO薄膜的製備卻研究的較少。
【發明內容】
[0005]本發明所要解決的技術問題是提供一種可以對氧化鋅薄膜進行原位的共摻，以使得受主能級變淺，促進氧化鋅薄膜的P型轉變的用於Te-N共摻氧化鋅薄膜的製備方法。
[0006]為解決上述技術問題，本發明提供了一種用於Te-N共摻氧化鋅薄膜的製備方法，其包括將襯底進行清洗和表面前處理；將襯底放入原子層沉積設備的反應腔室中；對襯底、管道及腔室進行加熱；然後依次分別進行鋅源、摻雜源Te、摻雜N源和氧源的沉積。
[0007]進一步地，所述的基片為經濃硫酸和雙氧水處理，並經超純水超聲過的矽片、藍寶石或玻璃，襯底表面帶有羥基。
[0008]進一步地，所述鋅源是含鋅的烷基化合物或含鋅的滷化物，所述氧源是水蒸汽或氧氣等離子體；所述摻雜N源為氮氣、N20、N2, NO、N2O, NO2或NH3。
[0009]進一步地，所述含鋅的滷化物是氯化鋅ZnCl2，所述含鋅的烷基化合物是二乙基鋅Zn (C2H5) 2 或二甲基鋅 Zn (CH3) 2。
[0010]進一步地，所述摻雜源Te是二甲基蹄Te(CH3)215
[0011]進一步地，所述的Zn (C2H5)2、二甲基蹄Te (CH3)2、氮氣等離子體和水蒸汽在沉積室內暴露時間依次為0.75s、0.07s、5s、0.08s，襯底溫度為300°C。
[0012]進一步地，該製備方法還包括:每次沉積之後採用高純氮氣清洗沉積室。
[0013]進一步地,沉積過程中進氣時間為0.04s_5s,氮氣的流量為Isccm-lOOOsccm,清洗時間為5s-150s，襯底溫度為100°C -500°C。
[0014]進一步地，沉積過程中等離子體放電功率為1W-100W，放電時間為ls_50s。
[0015]進一步地，該方法還包括通過控制所述的蹄摻雜源、氮摻雜源與水的通氣時間來調節摻雜氧化鋅薄膜中氮摻雜源與蹄的比例。
[0016]本發明提供的用於Te-N共摻氧化鋅薄膜的製備方法，通過ALD逐層循環的生長方式生長Te-N共摻的氧化鋅薄膜，而且方法簡單，利用原子層沉積單層循環生長的特點，在氧化鋅薄膜生長的過程中實現均勻的在整個薄膜結構中進行摻雜，共摻後的氧化鋅薄膜，有利於促進P型電導的形成。
【專利附圖】
【附圖說明】`
[0017]圖1為本發明實施例提供的Te-N共摻ρ型氧化鋅薄膜的製備方法的流程圖。【具體實施方式】
[0018]參見圖1，本發明實施例提供的一種Te-N共摻ρ型氧化鋅薄膜的製備方法，包括:將矽襯底或者玻璃襯底用濃硫酸雙氧水進行處理，再用超純水超聲波進行清洗，N2吹乾，其中濃硫酸:雙氧水=4:1。將襯底放入原子層沉積的腔室內，開啟原子層沉積設備，調整工作參數，抽真空、加熱沉底，達到實驗所需各種工作環境；進行Te-N共摻氧化鋅薄膜的多組複合沉積，即 Zn (C2H5)2/N2/Te (CH3) 2/N2/plasma Ν2/Ν2/Η20/Ν2=0.75s/50s/0.07s/50s/5s/50s/0
?08s/50s/。其中氮氣的流量為lsccm-1000sccm，優選地為15sccm，Zn(C2H5)2的進氣時間為
0.04s-5s，優選地為0.75s，清洗時間為5s_150s，優選地為50s，襯底溫度為100°C -500°C,優選地為300°C ;其中等離子放電功率為1W-100W，優選地為50W，放電時間為ls_50s，優選的為5s。在此期間通過N2等離子體來引入N摻雜，通過Te (CH3)2來提供Te原子，Te和N都取代氧的位置，Te的引入可以降低受主No的形成能，提高N的固溶度，促進ρ型電導的形成。重複循環上述沉積，可以逐層生長Te-N共摻的氧化鋅薄膜。
[0019]本發明通過ALD逐層循環的生長方式生長Te-N共摻的氧化鋅薄膜，而且方法簡單，利用原子層沉積單層循環生長的特點，在氧化鋅薄膜生長的過程中實現均勻的在整個薄膜結構中進行摻雜，共摻後的氧化鋅薄膜，有利於促進P型電導的形成。
[0020]最後所應說明的是，以上【具體實施方式】僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管參照實例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神和範圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求範圍當 中。
【權利要求】
1.一種用於Te-N共摻氧化鋅薄膜的製備方法，其特徵在於，包括: 將襯底進行清洗和表面前處理； 將襯底放入原子層沉積設備的反應腔室中； 對襯底、管道及腔室進行加熱； 然後依次分別進行鋅源、摻雜源Te、摻雜N源和氧源的沉積。
2.根據權利要求1所述的製備方法，其特徵在於，所述的基片為經濃硫酸和雙氧水處理，並經超純水超聲過的矽片、藍寶石或玻璃，襯底表面帶有羥基。
3.根據權利要求1所述的製備方法，其特徵在於，所述鋅源是含鋅的烷基化合物或含鋅的滷化物，所述氧源是水蒸汽或氧氣等離子體；所述摻雜N源為N20、N2, NO、NO2或NH3等離子體。
4.根據權利要求3所述的製備方法，其特徵在於，所述含鋅的滷化物是氯化鋅ZnCl2,所述含鋅的烷基化合物是二乙基鋅Zn(C2H5)2或二甲基鋅Zn (CH3) 2。
5.根據權利要求4所述的製備方法，其特徵在於，所述摻雜源Te是含Te的矽烷化物或含Te的烷基化物；所述含Te的烷基化物是二甲基蹄Te (CH3)2或二乙基蹄Te (CH2CH3) 2。
6.根據權利要求5所述的製備方法，其特徵在於，所述Zn(C2H5)2、二甲基蹄Te(CH3)2、氮氣等離子體和水蒸汽在沉積室內暴露時間依次為0.75s,0.07s,5s,0.08s，襯底溫度為300。。。
7.根據權利要求1-6任一項所述的製備方法，其特徵在於，還包括:每次沉積之後採用高純氮氣清洗沉積室，清洗時間為50s。`
8.根據權利要求7所述的製備方法，其特徵在於，沉積過程中進氣時間為0.04s-5s，氮氣的流量為lsccm-1000sccm，清洗時間為5s_150s，襯底溫度為100°C _500°C。
9.根據權利要求1所述的製備方法，其特徵在於，沉積過程中等離子體放電功率為1W-100W，放電時間為ls-50s。
10.根據權利要求1所述的製備方法，其特徵在於，還包括: 通過控制所述的蹄摻雜源、氮摻雜源與水的通氣時間來調節摻雜氧化鋅薄膜中氮摻雜源與蹄的比例。
【文檔編號】C30B25/02GK103866270SQ201210531988
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2012年12月11日 優先權日:2012年12月11日
【發明者】盧維爾, 夏洋, 李超波, 解婧, 張陽 申請人:中國科學院微電子研究所