專利名稱：用n型氧化鋅制備p型氧化鋅薄膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體材料p型氧化鋅薄膜的制備方法，特別是一種通過對(duì)M型氧化鋅薄 膜的后處理使其轉(zhuǎn)變?yōu)閜型氧化鋅薄膜的方法。
技術(shù)背景氧化鋅(ZnO)是一種寬禁帶、直接帶隙II-VI半導(dǎo)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(yīng)用價(jià)值的紫外半導(dǎo)體光電器件材 料。目前針對(duì)氧化鋅的研究工作已經(jīng)在全世界范圍內(nèi)廣泛開展起來(lái)，然而為了實(shí)現(xiàn)氧化鋅 材料作為紫外激光器件的實(shí)用化，必須實(shí)現(xiàn)氧化鋅的電注入，而解決這一關(guān)鍵問題是獲得 低阻的"型和p型氧化鋅材料。由于ZrvO本身的性質(zhì)，使得在不摻雜的情況下就可以很 容易地獲得"型ZnO材料。而由于ZnO的自補(bǔ)償效應(yīng)，使得p型ZnO很難通過本征缺陷 獲得，大多是通過外來(lái)元素的摻雜來(lái)實(shí)現(xiàn)。所以，要實(shí)現(xiàn)電激勵(lì)的ZnO紫外光發(fā)射或者 受激激光，獲得低阻的p型ZnO材料是至關(guān)重要的一個(gè)方面。迄今為止，各國(guó)的研究組已經(jīng)嘗試使用多種方法和摻雜源制備出p型ZnO薄膜。制備 方法主要包括分子束外延、化學(xué)氣相沉積、磁控濺射、熱噴霧和激光脈沖沉積等。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。由于N在II-VI族的半導(dǎo) 體材料ZnSe中成功的實(shí)現(xiàn)了; 型摻雜，同時(shí)由于N與O的離子半徑相近(Zn-O 1.93 A, Zn-N 1.88 A)，比較容易占據(jù)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 元素并進(jìn)行了大量的研究。上述制備技術(shù)主要存在的問題是實(shí)驗(yàn)操作比較復(fù)雜、可重復(fù)性 比較低，獲得的p型不穩(wěn)定等。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種用m型氧化鋅制備p型氧化鋅薄膜的方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)制備p型氧化鋅薄膜存在的工藝復(fù)雜、可重復(fù)性比較低，獲得的p型氧化鋅不穩(wěn)定等缺陷。 本發(fā)明用W型氧化鋅制備p型氧化鋅薄膜的方法，由以下工藝步驟實(shí)現(xiàn)a. 將己準(zhǔn)備好的《型氧化鋅薄膜放入等離子體增強(qiáng)的化學(xué)氣相沉積(PECVD)生長(zhǎng)室；b. 打開機(jī)械泵抽真空，使真空度小于50Pa;c. 襯底加熱到預(yù)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(jìn)行0.5 2h的氨等離子體氮 化處理，即可實(shí)現(xiàn)氧化鋅薄膜從n型到p型的轉(zhuǎn)變。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)的差別在于，本發(fā)明是利用等離子體化學(xué)氣相沉積直接對(duì)w型氧化 鋅薄膜進(jìn)行后處理，使其發(fā)生從"型到; 型的轉(zhuǎn)變。其優(yōu)點(diǎn)是制備工藝簡(jiǎn)單、材料生長(zhǎng)溫 度低、可以在常壓下操作、可重復(fù)性比較高、得到的p型比較穩(wěn)定。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1對(duì)分子束外延方法在富鋅缺氧條件下生長(zhǎng)的ZnO薄膜進(jìn)行后處理。 首先，將由分子束外延方法在富鋅缺氧條件下生長(zhǎng)的"型ZnO薄膜放入等離子體增 強(qiáng)的化學(xué)氣相沉積(PECVD)設(shè)備的生長(zhǎng)室，然后打開機(jī)械泵抽真空，使真空度小于50Pa， 再將襯底加熱到預(yù)定的溫度10(TC，襯底溫度由鉑一銠熱偶探測(cè)顯示，再通入氨氣，打開 射頻電源，調(diào)節(jié)輸入功率為10瓦，對(duì)樣品進(jìn)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(shí)施例2對(duì)分子束外延方法在富鋅缺氧條件下生長(zhǎng)的ZnO薄膜進(jìn)行后處理。 首先，將由分子束外延方法在富鋅缺氧條件下生長(zhǎng)的《型ZnO薄膜放入等離子體增 強(qiáng)的化學(xué)氣相沉積(PECVD)設(shè)備的生長(zhǎng)室，然后打開機(jī)械泵抽寘空，使真空度小于50Pa， 再將襯底加熱到預(yù)定的溫度150。C，襯底溫度由鉑一銠熱偶探測(cè)顯示，再通入氨氣，打開 射頻電源，調(diào)節(jié)輸入功率為20瓦，對(duì)樣品進(jìn)行l(wèi) 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(shí)施例3對(duì)分子束外延方法在富鋅缺氧條件下生長(zhǎng)的ZnO薄膜進(jìn)行后處理。 首先，將由分子束外延方法在富鋅缺氧條件下生長(zhǎng)的"型ZnO薄膜放入等離子體增 強(qiáng)的化學(xué)氣相沉積(PECVD)設(shè)備的生長(zhǎng)室，然后打開機(jī)械泵抽真空，使真空度小于50Pa， 再將襯底加熱到預(yù)定的溫度200。C，襯底溫度由鉑一銠熱偶探測(cè)顯示，再通入氨氣，打開 射頻電源，調(diào)節(jié)輸入功率為30瓦，對(duì)樣品進(jìn)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(shí)施例4本實(shí)施例只增加了后退火的步驟，對(duì)本發(fā)明樣品進(jìn)行后處理。其他條件同實(shí)施例1，對(duì)處理得到的樣品在N2氣氛下70(TC退火2h，得到的樣品導(dǎo)電 類型為/)型，載流子濃度為3.7X 1017 cnT3。 實(shí)施例5本實(shí)施例對(duì)用電化學(xué)方法生長(zhǎng)的w型ZnO薄膜進(jìn)行后處理。 其它條件同實(shí)施例l,只是樣品換為用電化學(xué)方法生長(zhǎng)的"型ZnO薄膜。時(shí)間 為lh，輸入功率仍為IOW。得到的樣品導(dǎo)電類型為p型，載流子濃度為3.7X10"cm—3。
權(quán)利要求
1.一種用n型氧化鋅制備p型氧化鋅薄膜的方法，其特征在于由以下工藝步驟實(shí)現(xiàn)a.將已準(zhǔn)備好的n型氧化鋅薄膜放入等離子體增強(qiáng)的化學(xué)氣相沉積生長(zhǎng)室；b.打開機(jī)械泵抽真空，使真空度小于50Pa；c.襯底加熱到預(yù)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(jìn)行0.5～2h的氨等離子體氮化處理，即實(shí)現(xiàn)氧化鋅薄膜從n型到p型的轉(zhuǎn)變。
全文摘要
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體材料p型氧化鋅薄膜的制備方法，特別是一種用，n型氧化鋅制備p型氧化鋅薄膜的方法，由以下工藝步驟實(shí)現(xiàn)a.將已準(zhǔn)備好的n型氧化鋅薄膜放入等離子體增強(qiáng)的化學(xué)氣相沉積生長(zhǎng)室；b.打開機(jī)械泵抽真空，使真空度小于50Pa；c.襯底加熱到預(yù)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(jìn)行0.5～2h的氨等離子體氮化處理，即實(shí)現(xiàn)氧化鋅薄膜從n型到p型的轉(zhuǎn)變。本發(fā)明是利用等離子體化學(xué)氣相沉積直接對(duì)n型氧化鋅薄膜進(jìn)行后處理，使其發(fā)生從n型到p型的轉(zhuǎn)變。其優(yōu)點(diǎn)是制備工藝簡(jiǎn)單、材料生長(zhǎng)溫度低、可以在常壓下操作、可重復(fù)性比較高、得到的p型比較穩(wěn)定。
文檔編號(hào)C30B31/00GK101225549SQ200710056189
公開日2008年7月23日 申請(qǐng)日期2007年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月18日
發(fā)明者呂有明, 萍 曹, 李炳輝, 申德振, 趙東旭 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所