CN1391259A - 实时掺氮生长p型ZnO晶体薄膜的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的实时掺氮生长p型ZnO晶体薄膜的方法是采用磁控溅射法，先将衬底表面清洗后放入直流反应磁控溅射装置的反应室中，反应室真空度抽到至少10－3Pa，然后加热衬底，使衬底温度为200～600℃，以高纯氨气NH3和高纯氧气O2为溅射气体，该二种气体分别由流量计控制输入装置的缓冲室，在缓冲室充分混合后引入真空反应室，在1～10Pa压强下，以高纯Zn为靶材，进行溅射生长，其中氨气与氧气的分压比根据掺杂浓度调节。根据NH3与O2不同的分压比可以制备不同掺杂浓度p型ZnO晶体薄膜，生长的时间由所需的厚度决定。
Description
技术领域
本发明涉及p型ZnO的掺杂方法。具体说是关于实时掺氮生长p型ZnO晶体薄膜的方法。
背景技术
要实现ZnO基器件的应用，制备可控的n和p型ZnO晶体薄膜是必须的。目前，人们对于n型ZnO晶体薄膜的研究已经比较充分，通过掺杂III价元素，已经能够实现实时、浓度可控的低阻n型ZnO晶体薄膜的生长。但要使ZnO晶体薄膜制备出光电子器件，必须制备ZnO pn结。由于ZnO存在诸多的本征施主缺陷，如间隙锌Zni和空位氧VO，其能级分别位于导带底0.05eV和0.3eV处，对受主产生高度自补偿作用，而且，ZnO受主能级一般很深(N除外)，空穴不易于热激发进入价带，受主掺杂的固溶度也很低，因而难以实现p型转变，成为制约ZnO实现产业化的瓶颈。目前ZnO晶体薄膜的p型掺杂研究还处于开始阶段，浓度可控，重复性好的p型ZnO薄膜还难以实现。
目前文献报道p型ZnO晶体薄膜的掺杂主要有四种方法：(1)利用高活性的氮作为掺杂剂，(2)镓和氮的共掺杂，(3)掺砷，(4)掺磷。后两种由于受主能级较深，固溶度低，所以掺杂效果不理想，并且砷和磷都有毒性。前两种利用高活性的氮掺杂及镓和氮共掺杂，由于氮的活性很低，且原子半径比氧原子大，因此采用化学气相淀积(CVD)和分子束外延(MBE)生长技术，很难替代氧原子的位置，也无法实现实时可控掺氮。
发明内容
本发明的目的是提供一种实时掺氮生长p型ZnO晶体薄膜的方法。
本发明的实时掺氮生长p型ZnO晶体薄膜的方法是采用磁控溅射法，先将衬底表面清洗后放入直流反应磁控溅射装置的反应室中，反应室真空度抽到至少10-3Pa，然后加热衬底，使衬底温度为200～600℃，优选400～550℃，以高纯氨气NH3(99.99％以上)和高纯氧气O2(99.99％以上)为溅射气体，该二种气体分别由流量计控制输入装置的缓冲室，在缓冲室充分混合后引入真空反应室，在1～10Pa压强下，以高纯Zn(99.99％以上)为靶材，进行溅射生长，其中氨气与氧气的分压比根据掺杂浓度调节。根据NH3与O2不同的分压比可以制备不同掺杂浓度p型ZnO晶体薄膜，生长的时间由所需的厚度决定。
上述衬底可以采用硅或蓝宝石或玻璃。
本发明的优点：
1)可以实现实时掺杂，在ZnO晶体薄膜生长过程中同时实现掺杂；
2)掺杂浓度较高，由于NH3在溅射过程中被离化，氮原子被激活，而且NH3的离化能低于N2，所以N的掺杂效率比较高；
3)掺杂浓度可以通过调节输入的NH3∶O2不同分压比来控制；
4)有较好的重复性和稳定性。
附图说明
附图是根据本发明方法采用的直流反应磁控溅射装置示意图
图中1和2分别为氨气和氧气的进气管路；3 为流量计；4 缓冲室；5样品架；6 加热器；7 真空计；8 自动压强控制仪；9 S枪
具体实施方式
以下结合具体实例进一步说明本发明。
先将衬底经过表面清洗后放入反应室样品架5上，衬底朝下放置，有效防止颗粒状的杂质对衬底的玷污，反应室真空度抽至10-3Pa；利用加热器，加热衬底，衬底温度控制在500℃；溅射气体是高纯的NH3(99.99％以上)和高纯的O2(99.99％以上)，两路气体经进气管1和2进入缓冲室4，在缓冲室充分混合后引入到真空室，真空室内的压强由自动压强控制仪8控制，压强约为5Pa左右。NH3与O2分压比根据掺杂需要，可通过流量计3任意调节，此例设NH3∶O2＝1∶1；以S枪9上的高纯Zn(99.99％)为靶材进行溅射生长。溅射功率在32W下生长一定的时间，半小时可以溅射2微米左右。通过调节输入的NH3∶O2分压比，可以获得掺杂浓度可控的p型ZnO晶体薄膜。
生长过程中发生的化学反应如下：
Claims (3)
1.实时掺氮生长p型ZnO晶体薄膜的方法，其特征是采用磁控溅射法，先将衬底表面清洗后放入直流反应磁控溅射装置的反应室中，反应室真空度抽到至少10-3Pa，然后加热衬底，使衬底温度为200～600℃，以高纯氨气和高纯氧气为溅射气体，该二种气体分别由流量计控制输入装置的缓冲室，在缓冲室充分混合后引入真空反应室，在1～10Pa压强下，以高纯Zn为靶材，进行溅射生长，其中氨气与氧气的分压比根据掺杂浓度调节。
2.根据权利要求1所述的实时掺氮生长p型ZnO晶体薄膜的方法，其特征是衬底的温度为400～550℃。
3.根据权利要求1所述的实时掺氮生长p型ZnO晶体薄膜的方法，其特征是所说的衬底是硅或蓝宝石或玻璃。
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