用n型氧化鋅製備p型氧化鋅薄膜的方法

2023-04-26 14:36:51 2

專利名稱：用n型氧化鋅製備p型氧化鋅薄膜的方法
技術領域：
本發明涉及半導體材料p型氧化鋅薄膜的製備方法，特別是一種通過對M型氧化鋅薄 膜的後處理使其轉變為p型氧化鋅薄膜的方法。
技術背景氧化鋅(ZnO)是一種寬禁帶、直接帶隙II-VI半導體材料，具有寬的帶隙能量(3.37eV) 及較大的激子束縛能(60meV)，是一種具有很大潛在應用價值的紫外半導體光電器件材 料。目前針對氧化鋅的研究工作已經在全世界範圍內廣泛開展起來，然而為了實現氧化鋅 材料作為紫外雷射器件的實用化，必須實現氧化鋅的電注入，而解決這一關鍵問題是獲得 低阻的"型和p型氧化鋅材料。由於ZrvO本身的性質，使得在不摻雜的情況下就可以很 容易地獲得"型ZnO材料。而由於ZnO的自補償效應，使得p型ZnO很難通過本徵缺陷 獲得，大多是通過外來元素的摻雜來實現。所以，要實現電激勵的ZnO紫外光發射或者 受激雷射，獲得低阻的p型ZnO材料是至關重要的一個方面。迄今為止，各國的研究組已經嘗試使用多種方法和摻雜源製備出p型ZnO薄膜。製備 方法主要包括分子束外延、化學氣相沉積、磁控濺射、熱噴霧和雷射脈衝沉積等。而選取 的摻雜元素主要是I族元素(Li， Na， K)和N、 P、 As等V族元素。由於N在II-VI族的半導 體材料ZnSe中成功的實現了; 型摻雜，同時由於N與O的離子半徑相近(Zn-O 1.93 A, Zn-N 1.88 A)，比較容易佔據O格位而形成NO缺陷。因此人們將N元素作為p型ZnO摻雜的首選 元素並進行了大量的研究。上述製備技術主要存在的問題是實驗操作比較複雜、可重複性 比較低，獲得的p型不穩定等。發明內容本發明的目的是提供一種用m型氧化鋅製備p型氧化鋅薄膜的方法，以克服現有技術製備p型氧化鋅薄膜存在的工藝複雜、可重複性比較低，獲得的p型氧化鋅不穩定等缺陷。 本發明用W型氧化鋅製備p型氧化鋅薄膜的方法，由以下工藝步驟實現a. 將己準備好的《型氧化鋅薄膜放入等離子體增強的化學氣相沉積(PECVD)生長室；b. 打開機械泵抽真空，使真空度小於50Pa;c. 襯底加熱到預定的溫度100 200°C;d. 通入氨氣，打開射頻電源，輸入功率為10 30瓦，進行0.5 2h的氨等離子體氮 化處理，即可實現氧化鋅薄膜從n型到p型的轉變。本發明與現有技術的差別在於，本發明是利用等離子體化學氣相沉積直接對w型氧化 鋅薄膜進行後處理，使其發生從"型到; 型的轉變。其優點是製備工藝簡單、材料生長溫 度低、可以在常壓下操作、可重複性比較高、得到的p型比較穩定。
具體實施方式
實施例1對分子束外延方法在富鋅缺氧條件下生長的ZnO薄膜進行後處理。 首先，將由分子束外延方法在富鋅缺氧條件下生長的"型ZnO薄膜放入等離子體增 強的化學氣相沉積(PECVD)設備的生長室，然後打開機械泵抽真空，使真空度小於50Pa， 再將襯底加熱到預定的溫度10(TC，襯底溫度由鉑一銠熱偶探測顯示，再通入氨氣，打開 射頻電源，調節輸入功率為10瓦，對樣品進行0.5h的氨等離子體氮化處理。即獲得p型 ZnO薄膜，其載流子濃度為1.8X1016cm—3。 實施例2對分子束外延方法在富鋅缺氧條件下生長的ZnO薄膜進行後處理。 首先，將由分子束外延方法在富鋅缺氧條件下生長的《型ZnO薄膜放入等離子體增 強的化學氣相沉積(PECVD)設備的生長室，然後打開機械泵抽寘空，使真空度小於50Pa， 再將襯底加熱到預定的溫度150。C，襯底溫度由鉑一銠熱偶探測顯示，再通入氨氣，打開 射頻電源，調節輸入功率為20瓦，對樣品進行l h的氨等離子體氮化處理。即獲得p型 ZnO薄膜，其載流子濃度為1.6X1016cm—3。實施例3對分子束外延方法在富鋅缺氧條件下生長的ZnO薄膜進行後處理。 首先，將由分子束外延方法在富鋅缺氧條件下生長的"型ZnO薄膜放入等離子體增 強的化學氣相沉積(PECVD)設備的生長室，然後打開機械泵抽真空，使真空度小於50Pa， 再將襯底加熱到預定的溫度200。C，襯底溫度由鉑一銠熱偶探測顯示，再通入氨氣，打開 射頻電源，調節輸入功率為30瓦，對樣品進行2 h的氨等離子體氮化處理。即獲得p型 ZnO薄膜,其載流子濃度為2.2 X 1016 cm—3。 實施例4本實施例只增加了後退火的步驟，對本發明樣品進行後處理。其他條件同實施例1，對處理得到的樣品在N2氣氛下70(TC退火2h，得到的樣品導電 類型為/)型，載流子濃度為3.7X 1017 cnT3。 實施例5本實施例對用電化學方法生長的w型ZnO薄膜進行後處理。 其它條件同實施例l,只是樣品換為用電化學方法生長的"型ZnO薄膜。時間 為lh，輸入功率仍為IOW。得到的樣品導電類型為p型，載流子濃度為3.7X10"cm—3。
權利要求
1.一種用n型氧化鋅製備p型氧化鋅薄膜的方法，其特徵在於由以下工藝步驟實現a.將已準備好的n型氧化鋅薄膜放入等離子體增強的化學氣相沉積生長室；b.打開機械泵抽真空，使真空度小於50Pa；c.襯底加熱到預定的溫度100～200℃；d.通入氨氣，打開射頻電源，輸入功率為10～30瓦，進行0.5～2h的氨等離子體氮化處理，即實現氧化鋅薄膜從n型到p型的轉變。
全文摘要
本發明涉及半導體材料p型氧化鋅薄膜的製備方法，特別是一種用，n型氧化鋅製備p型氧化鋅薄膜的方法，由以下工藝步驟實現a.將已準備好的n型氧化鋅薄膜放入等離子體增強的化學氣相沉積生長室；b.打開機械泵抽真空，使真空度小於50Pa；c.襯底加熱到預定的溫度100～200℃；d.通入氨氣，打開射頻電源，輸入功率為10～30瓦，進行0.5～2h的氨等離子體氮化處理，即實現氧化鋅薄膜從n型到p型的轉變。本發明是利用等離子體化學氣相沉積直接對n型氧化鋅薄膜進行後處理，使其發生從n型到p型的轉變。其優點是製備工藝簡單、材料生長溫度低、可以在常壓下操作、可重複性比較高、得到的p型比較穩定。
文檔編號C30B31/00GK101225549SQ200710056189
公開日2008年7月23日 申請日期2007年10月18日 優先權日2007年10月18日
發明者呂有明, 萍 曹, 李炳輝, 申德振, 趙東旭 申請人:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所