專利名稱：實(shí)時(shí)摻氮生長p型ZnO晶體薄膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及p型ZnO的摻雜方法。具體說是關(guān)于實(shí)時(shí)摻氮生長p型ZnO晶體薄膜的方法。
背景技術(shù)：
要實(shí)現(xiàn)ZnO基器件的應(yīng)用，制備可控的n和p型ZnO晶體薄膜是必須的。目前，人們對于n型ZnO晶體薄膜的研究已經(jīng)比較充分，通過摻雜III價(jià)元素，已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)、濃度可控的低阻n型ZnO晶體薄膜的生長。但要使ZnO晶體薄膜制備出光電子器件，必須制備ZnO pn結(jié)。由于ZnO存在諸多的本征施主缺陷，如間隙鋅Zni和空位氧VO，其能級分別位于導(dǎo)帶底0.05eV和0.3eV處，對受主產(chǎn)生高度自補(bǔ)償作用，而且，ZnO受主能級一般很深(N除外)，空穴不易于熱激發(fā)進(jìn)入價(jià)帶，受主摻雜的固溶度也很低，因而難以實(shí)現(xiàn)p型轉(zhuǎn)變，成為制約ZnO實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的瓶頸。目前ZnO晶體薄膜的p型摻雜研究還處于開始階段，濃度可控，重復(fù)性好的p型ZnO薄膜還難以實(shí)現(xiàn)。
目前文獻(xiàn)報(bào)道p型ZnO晶體薄膜的摻雜主要有四種方法(1)利用高活性的氮作為摻雜劑，(2)鎵和氮的共摻雜，(3)摻砷，(4)摻磷。后兩種由于受主能級較深，固溶度低，所以摻雜效果不理想，并且砷和磷都有毒性。前兩種利用高活性的氮摻雜及鎵和氮共摻雜，由于氮的活性很低，且原子半徑比氧原子大，因此采用化學(xué)氣相淀積(CVD)和分子束外延(MBE)生長技術(shù)，很難替代氧原子的位置，也無法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)可控?fù)降?br>
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種實(shí)時(shí)摻氮生長p型ZnO晶體薄膜的方法。
本發(fā)明的實(shí)時(shí)摻氮生長p型ZnO晶體薄膜的方法是采用磁控濺射法，先將襯底表面清洗后放入直流反應(yīng)磁控濺射裝置的反應(yīng)室中，反應(yīng)室真空度抽到至少10-3Pa，然后加熱襯底，使襯底溫度為200～600℃，優(yōu)選400～550℃，以高純氨氣NH3(99.99％以上)和高純氧氣O2(99.99％以上)為濺射氣體，該二種氣體分別由流量計(jì)控制輸入裝置的緩沖室，在緩沖室充分混合后引入真空反應(yīng)室，在1～10Pa壓強(qiáng)下，以高純Zn(99.99％以上)為靶材，進(jìn)行濺射生長，其中氨氣與氧氣的分壓比根據(jù)摻雜濃度調(diào)節(jié)。根據(jù)NH3與O2不同的分壓比可以制備不同摻雜濃度p型ZnO晶體薄膜，生長的時(shí)間由所需的厚度決定。
上述襯底可以采用硅或藍(lán)寶石或玻璃。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)1)可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)摻雜，在ZnO晶體薄膜生長過程中同時(shí)實(shí)現(xiàn)摻雜；2)摻雜濃度較高，由于NH3在濺射過程中被離化，氮原子被激活，而且NH3的離化能低于N2，所以N的摻雜效率比較高；3)摻雜濃度可以通過調(diào)節(jié)輸入的NH3∶O2不同分壓比來控制；4)有較好的重復(fù)性和穩(wěn)定性。


附圖是根據(jù)本發(fā)明方法采用的直流反應(yīng)磁控濺射裝置示意中1和2分別為氨氣和氧氣的進(jìn)氣管路；3 為流量計(jì)；4 緩沖室；5樣品架；6 加熱器；7 真空計(jì)；8 自動(dòng)壓強(qiáng)控制儀；9 S槍具體實(shí)施方式
以下結(jié)合具體實(shí)例進(jìn)一步說明本發(fā)明。
先將襯底經(jīng)過表面清洗后放入反應(yīng)室樣品架5上，襯底朝下放置，有效防止顆粒狀的雜質(zhì)對襯底的玷污，反應(yīng)室真空度抽至10-3Pa；利用加熱器，加熱襯底，襯底溫度控制在500℃；濺射氣體是高純的NH3(99.99％以上)和高純的O2(99.99％以上)，兩路氣體經(jīng)進(jìn)氣管1和2進(jìn)入緩沖室4，在緩沖室充分混合后引入到真空室，真空室內(nèi)的壓強(qiáng)由自動(dòng)壓強(qiáng)控制儀8控制，壓強(qiáng)約為5Pa左右。NH3與O2分壓比根據(jù)摻雜需要，可通過流量計(jì)3任意調(diào)節(jié)，此例設(shè)NH3∶O2＝1∶1；以S槍9上的高純Zn(99.99％)為靶材進(jìn)行濺射生長。濺射功率在32W下生長一定的時(shí)間，半小時(shí)可以濺射2微米左右。通過調(diào)節(jié)輸入的NH3∶O2分壓比，可以獲得摻雜濃度可控的p型ZnO晶體薄膜。
生長過程中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)如下
這里，v和s分別代表氣態(tài)和固態(tài)。在ZnO薄膜中，N取代O位于晶格位置，而H由于原子半徑較小，會存在于與N相鄰的間隙位置，這可以很大程度上抑制生長過程中間隙Zn的存在，降低自補(bǔ)償效應(yīng)。
權(quán)利要求
1.實(shí)時(shí)摻氮生長p型ZnO晶體薄膜的方法，其特征是采用磁控濺射法，先將襯底表面清洗后放入直流反應(yīng)磁控濺射裝置的反應(yīng)室中，反應(yīng)室真空度抽到至少10-3Pa，然后加熱襯底，使襯底溫度為200～600℃，以高純氨氣和高純氧氣為濺射氣體，該二種氣體分別由流量計(jì)控制輸入裝置的緩沖室，在緩沖室充分混合后引入真空反應(yīng)室，在1～10Pa壓強(qiáng)下，以高純Zn為靶材，進(jìn)行濺射生長，其中氨氣與氧氣的分壓比根據(jù)摻雜濃度調(diào)節(jié)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)時(shí)摻氮生長p型ZnO晶體薄膜的方法，其特征是襯底的溫度為400～550℃。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)時(shí)摻氮生長p型ZnO晶體薄膜的方法，其特征是所說的襯底是硅或藍(lán)寶石或玻璃。
全文摘要
本發(fā)明的實(shí)時(shí)摻氮生長p型ZnO晶體薄膜的方法是采用磁控濺射法，先將襯底表面清洗后放入直流反應(yīng)磁控濺射裝置的反應(yīng)室中，反應(yīng)室真空度抽到至少10
文檔編號C23C14/34GK1391259SQ02136110
公開日2003年1月15日 申請日期2002年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月17日
發(fā)明者黃靖云, 葉志鎮(zhèn) 申請人:浙江大學(xué)