一種p型導電氧化鋅薄膜材料及製備方法
2023-10-07 03:26:24 3
專利名稱：一種p型導電氧化鋅薄膜材料及製備方法
技術領域：
本發明涉及納米材料技術領域，特別涉及一種P型導電氧化鋅薄膜材料及製備方法。
背景技術：
因具有大的禁帶寬度和大的激子束縛能，ZnO能夠實現室溫下激子複合發光。該方式具有量子效率高和低閾值優點，故ZnO被認為是下一代光電器件的首選材料。由於本徵SiO內晶體缺陷以及非故意摻雜，致使本徵ZnO呈現為η型導電。目前制約ZnO應用於半導體光電器件的主要原因是不能實現穩定、高載流子濃度的P型導電。目前，實現SiO ρ型導電的方法主要有以下四種方式
第一，ZnO直接摻雜V族元素Ν、Ρ或As，V族元素佔據0的位置N。而呈現出受主。N在 SiO中固溶度非常低，主要是因為SiO中N的摻雜會引起材料的馬德隆值升高；另外，Zn-N 鍵能比較弱，容易斷裂，N。很容易形成(N2)。，而(N2)。在SiO中是施主，可提供兩個電子；再者，P與As在SiO中是深受主，在非常大的摻雜濃度下也難以形成高空穴濃度。第二，ZnO直接摻雜I族元素Li、Na或K，I族元素佔據Si的位置而呈現出受主。 Li摻雜SiO中後，Li原子會佔據Si的位置Lizn,形成受主；但是，由於Li原子直徑非常小， Li原子除了替代Si原子位置外，還會處於間隙位置Lii,間隙原子Li在ZnO中是施主雜質， 可以提供一個電子，根據已報導文獻，ZnO直接摻雜Li原子也難以得到高空穴導電的SiO; 而Na、K在SiO中是深受主，同樣也難形成高空穴濃度。第三，施主-受主III - V共摻的方法，如Al-N共摻aiO、Ga-N共摻SiO ；由於ZnO 中摻雜ν會引起材料的馬德隆值升高，而aio摻雜πι族元素會降低材料的馬德隆值，這樣利用III族元素注入ZnO中來提高N摻雜濃度，發展了III - V族元素共摻的方法。但是，III族元素在ZnO中是施主雜質，會在P型ZnO中形成補償，降低載流子濃度和加劇對載流子的散射作用。第四，雙受主I - V共摻的方法，如Li-N共摻aiO。該方法綜合第一種方法和第二種方法，但實質沒有發生變化。綜上所述，目前實現ρ型ZnO導電的缺陷在於載流子濃度低、載流子遷移率低； 且，在ZnO中受主雜質不穩定；另，隨著時間的推移，ZnO由空穴導電易向電子導電轉變。
發明內容
本發明專利所要解決的技術問題是提供一種實現穩定且高濃度空穴導電的ρ型導電氧化鋅薄膜材料及製備方法。為解決上述技術問題，本發明採用的技術方案為一種ρ型導電氧化鋅薄膜材料， 包括襯底及生長於襯底上的外延層，所述襯底與外延層之間從上往下依次設有金屬鎂層、 氧化鎂層、生長溫度逐漸升高的第一氧化鋅層與第二氧化鋅層；所述外延層為在氧化鋅合金中摻入受主元素B和摻入穩定元素A原子形成的ρ型ΑΖη0:Β層。
優選地，所述襯底材料為藍寶石、矽、碳化矽、氮化鎵或砷化鎵。優選地，所述金屬鎂層的厚度為0. 5nm lnm。優選地，所述氧化鎂層的厚度為2nm 5nm。優選地，所述第一氧化鋅層的厚度為Inm 5nm。優選地，所述第二氧化鋅層的厚度為20nm 50nm。優選地，所述ρ型AZnOB層的厚度為500nm 800nm ；其中，A原子為鎂或鈹原子， 且A原子的含量為0 15% ；B原子為氮、磷或砷。一種ρ型導電氧化鋅薄膜材料的製備方法，包括如下步驟
1)清洗襯底所述襯底在生長之前經過氫氟酸、丙酮、異丙醇、無水酒精、去離子水化學試劑清洗或濃磷酸與濃硫酸的混合液、丙酮、異丙醇、無水酒精、去離子水化學試劑清洗; 然後在真空、氧氣、氧等離子體、氮氣、氮氣等離子體氛圍下退火15 30分鐘，退火溫度為 700 1000°C，使襯底表面原子排布整齊；
2)沉積金屬鎂層所述金屬鎂層的通過等離子體輔助分子束外延、金屬有機化學氣相沉積、脈衝雷射沉積或射頻磁控濺射沉積在襯底表面；所述金屬鎂層生長腔內的真空度為 10_2 10_8Torr，襯底溫度為400 600°C ；且所述金屬鎂層的厚度為0. 5 Inm ；
3)沉積氧化鎂層所述氧化鎂層通過等離子體輔助分子束外延、金屬有機化學氣相沉積、脈衝雷射沉積或射頻磁控濺射沉積在金屬鎂層上；所述氧化鎂層生長腔內的真空度為 10_2 IO-8Torr，襯底溫度為400 600°C ；所述氧化鎂層的厚度為2 5nm ；
4)沉積第一氧化鋅層所述第一氧化鋅層通過等離子體輔助分子束外延、金屬有機化學氣相沉積、脈衝雷射沉積或射頻磁控濺射沉積在氧化鎂層上；所述第一氧化鋅層生長腔內的真空度為10_2 10_8Torr，襯底溫度為400 600°C;所述第一氧化鋅層的厚度為Inm 5nm ；
5)升溫將所述襯底溫度升至700 800°C，升溫速率為20 40°C/min，退火時間為 1 5分鐘；
6)沉積第二氧化鋅層將襯底降溫後，所述第二氧化鋅層通過等離子體輔助分子束外延、金屬有機化學氣相沉積、脈衝雷射沉積或射頻磁控濺射沉積在第一氧化鋅層上；所述第二氧化鋅層生長腔內的真空度為10_2 10_8Torr，襯底溫度為500 600°C ；所述第二氧化鋅層的厚度為20nm 50nm ；
7)再升溫將所述襯底溫度再次升至700 800°C，升溫速率為20 40°C/min，退火時間為1 5分鐘；
8)沉積ρ型AZnO:B層將襯底降溫後，所述ρ型ΑΖηΟ:Β層通過等離子體輔助分子束外延、金屬有機化學氣相沉積、脈衝雷射沉積或射頻磁控濺射沉積在第二氧化鋅層上；所述 ρ型ΑΖηΟ:Β層生長腔內的真空度為10_2 KT8Torr，襯底溫度為500 650°C ；所述ρ型 AZnO: B層的厚度為500nm 800nm ；
9)退火將所述襯底升溫後作退火處理；所述襯底的升溫速度為20 40°C/min，溫度為 750 900 °C ；
10)降溫將所述襯底降低溫度至室溫，降溫速度為20 40°C/min,即得到ρ型導電氧化鋅薄膜材料。優選地，步驟1)中所述濃磷酸與濃硫酸混合液中，濃磷酸與濃硫酸的體積比為
53:1。優選地，步驟9)中所述退火的氛圍為氧等離子體和氮等離子體，退火時間為30 60分鐘。
本發明相對於現有技術，具有以下有益效果
1、本發明P型導電氧化鋅薄膜材料及製備方法的優點在於引入A原子形成AZnO合金， 然後摻雜受主元素B來實現ZnO穩定、高載流子濃度的空穴導電。本發明中，引入的A原子會佔據Si原子位置，A原子同受主原子B成鍵以後，由於A-B鍵能相對於Si-B非常強，A原子能夠有效地抓住受主B原子，避免ZnO直接摻雜受主B原子中Si-B鍵斷裂而帶來的不穩定；同時，A的引入也提高了受主原子B的摻雜濃度，從而保證了高載流子濃度、穩定的空穴導電。2、本發明ρ型導電氧化鋅薄膜材料及製備方法採用在外延層與襯底之間加入金屬鎂、氧化鎂作為應力緩衝層的方式，從而得到高質量的外延薄膜。金屬鎂具有和氧化鋅相同的晶體結構，晶格常數同氧化鋅非常接近，晶格失配非常小，所以金屬鎂層是生長高質量氧化鋅薄膜的緩衝層之一，但由於金屬鎂的飽和蒸汽壓比較大，高溫下容易二次揮發，所以我們設計在金屬鎂層上生長一層氧化鎂，來抑制金屬鎂層原子的二次揮發，從而得到高質量外延薄膜。3、本發明ρ型導電氧化鋅薄膜材料及製備方法採用兩層氧化鋅作為成核層和應力釋放層；該兩層氧化鋅生長溫度是逐漸升高的，第一層氧化鋅是成核層，第二層氧化鋅是應力釋放層；從而保證後面生長高質量低缺陷密度的外延層。
圖1為實施例1的ρ型導電氧化鋅薄膜材料的結構圖； 圖2為實施例2的ρ型導電氧化鋅薄膜材料的結構圖3為實施例3的ρ型導電氧化鋅薄膜材料的結構圖。
具體實施例方式下面結合實施例及附圖對本發明作進一步詳細的描述，但發明的實施方式不限於此。實施例1
如圖1所示，一種P型導電氧化鋅薄膜材料，包括襯底1及生長於襯底上的外延層，所述襯底與外延層之間從下往上依次設有金屬鎂層2、氧化鎂層3、生長溫度逐漸升高的第一氧化鋅層4與第二氧化鋅層5 ；所述外延層為在氧化鋅合金中摻入受主元素N和摻入Be原子形成的P型BeSiO:N層6。該ρ型ZnO導電薄膜經過XRD測試為單晶狀態，其搖擺曲線掃描半高寬FWHM為0.09°。其中，襯底1材料為藍寶石。金屬鎂層2的厚度為0.5 nm。氧化鎂層的厚度為2 nm。第一氧化鋅層4的厚度為1. 5 nm。第二氧化鋅層5的厚度為30 nm。 ρ型BeSiO = N層的厚度為800 nm。其中，Be原子的含量為1. 0% ；氮原子含量為0. 08%。在製備過程中，經XPS測試顯示外延生長的氧化鋅鈹合金摻雜氮原子薄膜中，Be 的含量為1. 0%，N原子含量為0. 08%。經過變溫Hall測試顯示，該薄膜為空穴導電，載流子濃度為:5X1017 cnT3，遷移率為3. 2 cm2/Vs0該ρ型導電氧化鋅薄膜材料的製備方法，包括如下步驟
1)清洗襯底所述襯底在生長之前依次經過丙酮、異丙醇、去離子水化學試劑清洗，然後在真空、氧等離子體氛圍下退火15分鐘，退火溫度為750°C，最終襯底表面原子排布整齊；
2)沉積金屬鎂層所述金屬鎂層2通過等離子體輔助分子束外延在襯底表面；所述金屬鎂層2生長腔內的真空度為8.7Χ10_6Τοπ·，襯底1的溫度為400 °C;且所述金屬鎂層的厚度為0. 5 nm ；
3)沉積氧化鎂層所述氧化鎂層3通過等離子體輔助分子束外延沉積在金屬鎂層上； 所述氧化鎂層3生長腔內的真空度為8. 7X ΙΟ"6 Torr，襯底1的溫度為400 °C;所述氧化鎂層3的厚度為2 nm ；
4)沉積第一氧化鋅層所述第一氧化鋅層4通過等離子體輔助分子束外延沉積在氧化鎂層3上；所述第一氧化鋅層4真空度為8. 7 X ΙΟ"6 Torr，襯底1溫度為400 °C ；第一氧化鋅層4的厚度為1. 5 nm ；
5)升溫將所述襯底1溫度升至750°C，升溫速率為40 0C /min，退火時間為1分鐘；
6)沉積第二氧化鋅層將襯底1降溫後，所述第二氧化鋅層5通過等離子體輔助分子束外延沉積在第一氧化鋅層4上；所述第二氧化鋅層5生長腔內的真空度為1. 2X ΙΟ"5 Torr, 襯底溫度為500 0C ；所述第二氧化鋅層5的厚度為30 nm ；
7)再升溫將所述襯底1溫度再次升至750°C，升溫速率為40 °C/min，退火時間為1 分鐘；
8)沉積ρ型BeSiO:N層將襯底1降溫後，所述ρ型BeSiO= N層6通過等離子體輔助分子束外延沉積在第二氧化鋅層5上；所述ρ型BeSiO = N層6生長腔內的真空度為3. 5X 10_5 iTorr,襯底溫度為550 °C ；所述ρ型BeSiO = N層6的厚度為800 nm ；
9)退火將所述襯底1升溫後作退火處理；所述襯底1的升溫速度為400C /min，溫度為750°C ；所述退火的氛圍為氧等離子體和氮等離子體，時間為30分鐘；
10)降溫將所述襯底1降低溫度至室溫，降溫速度為400C /min,即得到ρ型導電氧化鋅薄膜材料。綜上所述，ρ型導電氧化鋅薄膜材料通過等離子體輔助分子束外延方法生長獲得。其中，採用純度99. 99999%的金屬鋅通過K_cell加熱蒸發得到鋅源；採用氧氣經射頻等離子體離化成活性氧得到氧源；採用純度為99. 99999%的金屬鎂通過K-cell加熱蒸發得到鎂源；採用純度為99. 99%的金屬鈹通過K-cell加熱蒸發得到鈹源；採用NO經射頻等離子體離化成活性氮得到氮源；襯底為單面拋光的c面藍寶石。實施例2
如圖2所示，一種ρ型導電氧化鋅薄膜材料，包括襯底1及生長於襯底上的外延層，所述襯底與外延層之間從下往上依次設有金屬鎂層2、氧化鎂層3、生長溫度逐漸升高的第一氧化鋅層4與第二氧化鋅層5 ；所述外延層為在氧化鋅合金中摻入受主元素N和摻入Be原子形成的P型BeSiO:N層6。該ρ型ZnO導電薄膜經過XRD測試為單晶狀態，其搖擺曲線掃描半高寬FWHM為0.08°。其中，襯底1材料為藍寶石。金屬鎂層2的厚度為0.7 nm。氧化鎂層的厚度為2 nm。第一氧化鋅層4的厚度為2 nm。第二氧化鋅層5的厚度為33 nm。
7P型BeSiO = N層的厚度為800 nm。其中，Be原子的含量為0. 95% ；氮原子含量為0. 07%。在製備過程中，經XPS測試顯示外延生長的氧化鋅鈹合金摻雜氮原子薄膜中，Be 的含量為0. 95%，N原子含量為0. 07%。經過變溫Hall測試顯示，該薄膜為空穴導電，載流子濃度為:3X1017 cnT3，遷移率為4. 5 cm2/Vs0該ρ型導電氧化鋅薄膜材料的製備方法，包括如下步驟
1)清洗襯底所述襯底在生長之前依次經過丙酮、異丙醇、去離子水化學試劑清洗，然後在真空、氧等離子體氛圍下退火15分鐘，退火溫度為750 °C，最終襯底表面原子排布整齊；
2)沉積金屬鎂層所述金屬鎂層2通過等離子體輔助分子束外延在襯底表面；所述金屬鎂層2生長腔內的真空度為8.3Χ10_6Τοπ·，襯底1的溫度為400 °C;且所述金屬鎂層的厚度為0. 7 nm ；
3)沉積氧化鎂層所述氧化鎂層3通過等離子體輔助分子束外延沉積在金屬鎂層上； 所述氧化鎂層3生長腔內的真空度為8. 3X ΙΟ"6 Torr，襯底1的溫度為400 °C;所述氧化鎂層3的厚度為2 nm ；
4)沉積第一氧化鋅層所述第一氧化鋅層4通過等離子體輔助分子束外延沉積在氧化鎂層3上；所述第一氧化鋅層4真空度為8. 3 X ΙΟ"6 Torr，襯底1溫度為400 °C ；第一氧化鋅層4的厚度為2 nm ；
5)升溫將所述襯底1溫度升至750°C，升溫速率為40 V /min，退火時間為1分鐘；
6)沉積第二氧化鋅層將襯底1降溫後，所述第二氧化鋅層5通過等離子體輔助分子束外延沉積在第一氧化鋅層4上；所述第二氧化鋅層5生長腔內的真空度為1. 5X ΙΟ"5 Torr, 襯底溫度為530 0C ；所述第二氧化鋅層5的厚度為33 nm ；
7)再升溫將所述襯底1溫度再次升至750°C，升溫速率為40 °C/min，退火時間為1 分鐘；
8)沉積ρ型BeSiO:N層將襯底1降溫後，所述ρ型BeSiO= N層6通過等離子體輔助分子束外延沉積在第二氧化鋅層5上；所述ρ型BeSiO = N層6生長腔內的真空度為3. 8X 10_5 iTorr,襯底溫度為600 °C ；所述ρ型BeSiO = N層6的厚度為820 nm ；
9)退火將所述襯底1升溫後作退火處理；所述襯底1的升溫速度為40°C/min，溫度為750°C ；所述退火的氛圍為氧等離子體和氮等離子體，時間為30分鐘；
10)降溫將所述襯底1降低溫度至室溫，降溫速度為40°C/min,即得到ρ型導電氧化鋅薄膜材料。綜上所述，ρ型導電氧化鋅薄膜材料通過等離子體輔助分子束外延方法生長獲得。其中，採用純度99. 99999%的金屬鋅通過K_cell加熱蒸發得到鋅源；採用氧氣經射頻等離子體離化成活性氧得到氧源；採用純度為99. 99999%的金屬鎂通過K-cell加熱蒸發得到鎂源；採用純度為99. 99%的金屬鈹通過K-cell加熱蒸發得到鈹源；採用NO經射頻等離子體離化成活性氮得到氮源；襯底為單面拋光的c面藍寶石。實施例3
如圖3所示，一種ρ型導電氧化鋅薄膜材料，包括襯底1及生長於襯底上的外延層，所述襯底與外延層之間從下往上依次設有金屬鎂層2、氧化鎂層3、生長溫度逐漸升高的第一氧化鋅層4與第二氧化鋅層5 ；所述外延層為在氧化鋅合金中摻入受主元素N和摻入Be原子形成的P型BeSiO:N層6。該ρ型ZnO導電薄膜經過XRD測試為單晶狀態，其搖擺曲線掃描半高寬FWHM為0.085°。其中，襯底1材料為藍寶石。金屬鎂層2的厚度為1 nm。氧化鎂層的厚度為3 nm。第一氧化鋅層4的厚度為2 nm。第二氧化鋅層5的厚度為27 nm。ρ 型BeSiO = N層的厚度為800 nm。其中，Be原子的含量為1. 5% ；氮原子含量為0. 08%。在製備過程中，經XPS測試顯示外延生長的氧化鋅鈹合金摻雜氮原子薄膜中，Be 的含量為1. 5%，N原子含量為0. 08%。經過變溫Hall測試顯示，該薄膜為空穴導電，載流子濃度為2. 78 X IO17 cnT3，遷移率為1. 5 cm2/Vs。該ρ型導電氧化鋅薄膜材料的製備方法，包括如下步驟
1)清洗襯底所述襯底在生長之前依次經過丙酮、異丙醇、去離子水化學試劑清洗，然後在真空、氧等離子體氛圍下退火15分鐘，退火溫度為750 °C，最終襯底表面原子排布整齊；
2)沉積金屬鎂層所述金屬鎂層2通過等離子體輔助分子束外延在襯底表面；所述金屬鎂層2生長腔內的真空度為8.7Χ10_6Τοπ·，襯底1的溫度為400 °C;且所述金屬鎂層的厚度為1 nm ；
3)沉積氧化鎂層所述氧化鎂層3通過等離子體輔助分子束外延沉積在金屬鎂層上； 所述氧化鎂層3生長腔內的真空度為8. 7X ΙΟ"6 Torr，襯底1的溫度為400 °C;所述氧化鎂層3的厚度為3 nm ；
4)沉積第一氧化鋅層所述第一氧化鋅層4通過等離子體輔助分子束外延沉積在氧化鎂層3上；所述第一氧化鋅層4真空度為8. 7 X ΙΟ"6 Torr，襯底1溫度為400 °C ；第一氧化鋅層4的厚度為2 nm ；
5)升溫將所述襯底1溫度升至750°C，升溫速率為40 V /min，退火時間為1分鐘；
6)沉積第二氧化鋅層將襯底1降溫後，所述第二氧化鋅層5通過等離子體輔助分子束外延沉積在第一氧化鋅層4上；所述第二氧化鋅層5生長腔內的真空度為1. 7X ΙΟ"5 Torr, 襯底溫度為陽0 0C ；所述第二氧化鋅層5的厚度為27 nm ；
7)再升溫將所述襯底1溫度再次升至750°C，升溫速率為40 °C/min，退火時間為1 分鐘；
8)沉積ρ型BeSiO:N層將襯底1降溫後，所述ρ型BeSiO= N層6通過等離子體輔助分子束外延沉積在第二氧化鋅層5上；所述ρ型BeSiO:N層6生長腔內的真空度為3. 85Χ 10_5 Torr，襯底溫度為630 V ；所述ρ型BeSiO = N層6的厚度為720 nm ；
9)退火將所述襯底1升溫後作退火處理；所述襯底1的升溫速度為40。C/min，溫度為750°C ；所述退火的氛圍為氧等離子體和氮等離子體，時間為30分鐘；
10)降溫將所述襯底1降低溫度至室溫，降溫速度為400C /min,即得到ρ型導電氧化鋅薄膜材料。綜上所述，ρ型導電氧化鋅薄膜材料通過等離子體輔助分子束外延方法生長獲得。其中，採用純度99. 99999%的金屬鋅通過K_cell加熱蒸發得到鋅源；採用氧氣經射頻等離子體離化成活性氧得到氧源；採用純度為99. 99999%的金屬鎂通過K-cell加熱蒸發得到鎂源；採用純度為99. 99%的金屬鈹通過K-cell加熱蒸發得到鈹源；採用NO經射頻等離子體離化成活性氮得到氮源；襯底為單面拋光的c面藍寶石。上述實施例僅為本發明的較佳實施例，並非用來限定本發明的實施範圍。即凡依本發明內容所作的均等變化與修飾，都為本發明權利要求所要求保護的範圍所涵蓋。
權利要求
1.. 一種P型導電氧化鋅薄膜材料，其特徵在於包括襯底(1)及生長於襯底(ι)上的外延層，自所述襯底至外延層之間依次設有金屬鎂薄層(2)、氧化鎂薄層(3)、生長溫度逐漸升高的第一氧化鋅層(4)與第二氧化鋅層(5);所述外延層為在氧化鋅合金中摻入受主元素 B和摻入A原子形成的ρ型AZnO B層(6 )。
2.根據權利要求1所述的ρ型導電氧化鋅薄膜材料，其特徵在於所述襯底(1)的材料為藍寶石、矽、碳化矽、氮化鎵或砷化鎵。
3.根據權利要求1所述的ρ型導電氧化鋅薄膜材料，其特徵在於所述金屬鎂薄層(2) 的厚度為0. 5nm lnm。
4.根據權利要求1所述的ρ型導電氧化鋅薄膜材料，其特徵在於所述氧化鎂薄層(3) 的厚度為2nm 5nm。
5.根據權利要求1所述的ρ型導電氧化鋅薄膜材料，其特徵在於所述第一氧化鋅層(4)的厚度為Inm 5nm。
6.根據權利要求1所述的ρ型導電氧化鋅薄膜材料，其特徵在於所述第二氧化鋅層(5)的厚度為20nm 50nm。
7.根據權利要求1所述的P型導電氧化鋅薄膜材料，其特徵在於所述ρ型AZnO:B層(6)的厚度為500nm 800nm；其中，A原子為鎂或鈹原子，且A原子的含量為0. 01% 15% ； B原子為氮、磷或砷。
8.—種如權利要求1-7所述的ρ型導電氧化鋅薄膜材料的製備方法，其特徵在於包括如下步驟1)清洗襯底所述襯底(1)在生長之前依次經過氫氟酸、丙酮、異丙醇、無水酒精、去離子水化學試劑清洗或依次經過濃磷酸與濃硫酸的混合液、丙酮、異丙醇、無水酒精、去離子水化學試劑清洗；然後在真空、氧氣、氧等離子體、氮氣、氮氣等離子體氛圍下退火15 30 分鐘，退火溫度為700 1000°C，使襯底表面原子排布整齊；2)沉積金屬鎂層所述金屬鎂層(2)通過等離子體輔助分子束外延、金屬有機化學氣相沉積、脈衝雷射沉積或射頻磁控濺射沉積在襯底(1)表面；所述金屬鎂層(2)生長腔內的真空度為10_2 KT8Torr，襯底(1)溫度為400 600°C ；且所述金屬鎂層的厚度為0. 5 Inm ；3)沉積氧化鎂層所述氧化鎂層(3)通過等離子體輔助分子束外延、金屬有機化學氣相沉積、脈衝雷射沉積或射頻磁控濺射沉積在金屬鎂層上；所述氧化鎂層生長腔內的真空度為10_2 KT8Torr，襯底溫度為400 600°C ；所述氧化鎂層的厚度為2 5nm ；4)沉積第一氧化鋅層所述第一氧化鋅層(4)通過等離子體輔助分子束外延、金屬有機化學氣相沉積、脈衝雷射沉積或射頻磁控濺射沉積在氧化鎂層上；所述第一氧化鋅層生長腔內的真空度為10_2 10_8Τοπ·，襯底溫度為400 600°C ；所述第一氧化鋅層的厚度為 Inm 5nm ；5)升溫將所述襯底(1)溫度升至700 800°C，升溫速率為20 40°C/min，退火時間為1 5分鐘；6)沉積第二氧化鋅層將襯底(1)降溫後，所述第二氧化鋅層(5 )通過等離子體輔助分子束外延、金屬有機化學氣相沉積、脈衝雷射沉積或射頻磁控濺射沉積在第一氧化鋅層(4 ) 上；所述第二氧化鋅層(5)生長腔內的真空度為10_2 ΙΟΛοπ·，襯底(1)溫度為500 6000C ；所述第二氧化鋅層(5)的厚度為20nm 50nm ；7)再升溫將所述襯底(1)溫度再次升至700 800°C，升溫速率為20 40°C/min, 退火時間為1 5分鐘；8)沉積ρ型AZnO:B層將襯底(1)降溫後，所述ρ型AZnO:B層(6)通過等離子體輔助分子束外延、金屬有機化學氣相沉積、脈衝雷射沉積或射頻磁控濺射沉積在第二氧化鋅層(5)上；所述ρ型ΑΖηΟ:Β層(6)生長腔內的真空度為10_2 KT8Torr,襯底(1)溫度為 500 650°C ；所述ρ型Α&ιΟ:Β層(6)的厚度為500nm 800nm ；9)退火將所述襯底(1)升溫後作退火處理；所述襯底(1)的升溫速度為20 40°C/ min，溫度為 750 900°C ；10)降溫將所述襯底(1)降低溫度至室溫，降溫速度為20 40°C/min,即得到ρ型導電氧化鋅薄膜材料。
9.根據權利要求8所述的ρ型導電氧化鋅薄膜材料的製備方法，其特徵在於步驟1) 中所述濃磷酸與濃硫酸混合液中，濃磷酸與濃硫酸的體積比為3:1。
10.根據權利要求8所述的P型導電氧化鋅薄膜材料的製備方法，其特徵在於步驟9) 中所述退火的氛圍為氧等離子體和氮等離子體，退火時間為30 60分鐘。
全文摘要
本發明公開了一種p型導電氧化鋅薄膜材料，其包括襯底及生長於襯底上的外延層，自襯底至外延層之間依次設有金屬鎂層、氧化鎂層、生長溫度逐漸升高的第一氧化鋅層與第二氧化鋅層；外延層為在氧化鋅合金中摻入受主元素B和摻入A原子形成的p型AZnO:B層。本發明p型導電氧化鋅薄膜材料及製備方法的優點在於引入A原子形成AZnO合金，然後摻雜受主元素B來實現ZnO穩定、高載流子濃度的空穴導電。本發明中，引入的A原子會佔據Zn原子位置，A原子同受主原子B成鍵以後，由於A-B鍵能相對於Zn-B非常強，A原子能夠有效地抓住受主B原子，避免ZnO直接摻雜受主B原子中Zn-B鍵斷裂而帶來的不穩定；同時，A的引入也提高了受主原子B的摻雜濃度，從而保證了高濃度、穩定的空穴導電。
文檔編號H01L21/36GK102386246SQ201110354868
公開日2012年3月21日 申請日期2011年11月10日 優先權日2011年11月10日
發明者吳天準, 張權林, 桂許春, 湯子康, 祝淵, 蘇龍興, 陳明明, 項榮 申請人:中山大學