用于Te-N共摻氧化鋅薄膜的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種用于Te-N共摻氧化鋅薄膜的制備方法，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；然后依次分別進行鋅源、摻雜源Te、摻雜N源和氧源的沉積。本發(fā)明提供的用于Te-N共摻氧化鋅薄膜的制備方法，通過ALD逐層循環(huán)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(huán)生長的特點，在氧化鋅薄膜生長的過程中實現(xiàn)均勻的在整個薄膜結(jié)構(gòu)中進行摻雜，共摻后的氧化鋅薄膜，有利于促進p型電導的形成。
【專利說明】用于Te-N共摻氧化鋅薄膜的制備方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及氧化鋅薄膜的制備【技術(shù)領域】，特別涉及一種用于Te-N共摻氧化鋅薄膜的制備方法。
【背景技術(shù)】
[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(jié)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(zhuǎn)換效率，這些優(yōu)點使ZnO正成為光電子、微電子、信息等聞新技術(shù)在十五之后賴以繼續(xù)發(fā)展的關鍵基礎材料。
[0003]要制作ZnO基光電器件，比如發(fā)光二級管、激光二極管等，需要同時制備η型和ρ型的ΖηΟ。然而本征ZnO由于存在缺陷，使得ZnO呈η型；ρ型ZnO薄膜制備由于低的摻雜濃度和高的雜質(zhì)電離能而難以實現(xiàn)。氮摻雜雖然在理論上的計算使得P型ZnO的制備成為可能，但是眾多實驗表明，由于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(xiàn)高載流子濃度和高遷移率的P型ZnO薄膜。為了解決該問題，共摻被認為是制備出高質(zhì)量的P-ZnO薄膜最優(yōu)發(fā)展前景的方向之一。
[0004]近年來，國內(nèi)外的科學家報道了采用分子束外延(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(xiàn)了高質(zhì)量ρ型ZnO薄膜的制備，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。華南師范大學的姚光銳等人采用基于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，并且Te由于電負性小于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(zhì)帶變寬，空穴更加離域，同時空穴的有效質(zhì)量變小，受主能級變淺，更有利于實現(xiàn)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(shù)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(shù)，而采用ALD技術(shù)來實現(xiàn)Te-N共摻ZnO薄膜的制備卻研究的較少。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)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(zhuǎn)變的用于Te-N共摻氧化鋅薄膜的制備方法。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種用于Te-N共摻氧化鋅薄膜的制備方法，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；然后依次分別進行鋅源、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(jīng)濃硫酸和雙氧水處理，并經(jīng)超純水超聲過的硅片、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鹵化物，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，所述含鋅的鹵化物是氯化鋅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(nèi)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，該制備方法還包括:每次沉積之后采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(diào)節(jié)摻雜氧化鋅薄膜中氮摻雜源與蹄的比例。
[0016]本發(fā)明提供的用于Te-N共摻氧化鋅薄膜的制備方法，通過ALD逐層循環(huán)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(huán)生長的特點，在氧化鋅薄膜生長的過程中實現(xiàn)均勻的在整個薄膜結(jié)構(gòu)中進行摻雜，共摻后的氧化鋅薄膜，有利于促進P型電導的形成。
【專利附圖】

【附圖說明】`
[0017]圖1為本發(fā)明實施例提供的Te-N共摻ρ型氧化鋅薄膜的制備方法的流程圖?！揪唧w實施方式】
[0018]參見圖1，本發(fā)明實施例提供的一種Te-N共摻ρ型氧化鋅薄膜的制備方法，包括:將硅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吹干，其中濃硫酸:雙氧水=4:1。將襯底放入原子層沉積的腔室內(nèi)，開啟原子層沉積設備，調(diào)整工作參數(shù)，抽真空、加熱沉底，達到實驗所需各種工作環(huán)境；進行Te-N共摻氧化鋅薄膜的多組復合沉積，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(yōu)選地為15sccm，Zn(C2H5)2的進氣時間為
0.04s-5s，優(yōu)選地為0.75s，清洗時間為5s_150s，優(yōu)選地為50s，襯底溫度為100°C -500°C,優(yōu)選地為300°C ;其中等離子放電功率為1W-100W，優(yōu)選地為50W，放電時間為ls_50s，優(yōu)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。重復循環(huán)上述沉積，可以逐層生長Te-N共摻的氧化鋅薄膜。
[0019]本發(fā)明通過ALD逐層循環(huán)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(huán)生長的特點，在氧化鋅薄膜生長的過程中實現(xiàn)均勻的在整個薄膜結(jié)構(gòu)中進行摻雜，共摻后的氧化鋅薄膜，有利于促進P型電導的形成。
[0020]最后所應說明的是，以上【具體實施方式】僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照實例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領域的普通技術(shù)人員應當理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當 中。
【權(quán)利要求】
1.一種用于Te-N共摻氧化鋅薄膜的制備方法，其特征在于，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； 然后依次分別進行鋅源、摻雜源Te、摻雜N源和氧源的沉積。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述的基片為經(jīng)濃硫酸和雙氧水處理，并經(jīng)超純水超聲過的硅片、藍寶石或玻璃，襯底表面帶有羥基。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述鋅源是含鋅的烷基化合物或含鋅的鹵化物，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(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述含鋅的鹵化物是氯化鋅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(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述摻雜源Te是含Te的硅烷化物或含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(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，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(nèi)暴露時間依次為0.75s,0.07s,5s,0.08s，襯底溫度為300。。。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項所述的制備方法，其特征在于，還包括:每次沉積之后采用高純氮氣清洗沉積室，清洗時間為50s。`
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，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(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，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(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，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(diào)節(jié)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(yōu)先權(quán)日:2012年12月11日
【發(fā)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