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TECHNISCHES GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Einkristallzinkoxid (ZnO) des
P-Typs mit niedrigem Widerstand und ein Verfahren zum Herstellen
desselben.
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ZUGRUNDELIEGENDER STAND DER
TECHNIK
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Es
war bisher ohne jegliche Schwierigkeiten möglich, ein ZnO des N-Typs mit
niedrigem Widerstand herzustellen, und zwar mittels einer herkömmlichen
B-, Al-, Ga- oder In-Dotierungstechnik. Jedoch hat es, was ZnO des
P-Typs betrifft, bisher nur Berichte über ein ZnO des P-Typs mit
hohem Widerstand gegeben, das mittels N-(Stickstoff-)Dotierung erlangt
wurde. Beispielsweise wird vom Kasuga Laborstory of Engineering
Department der Yamanashi University im 59. Meeting of the Japan
Society of Applied Physics (Lesung Nr. 17p-YM-8, Japanese Journal
of Applied Physics, Teil 2, Band. 36, Nr. 11 A, S. 1453, 1. Nov.
1997) über
ein N-dotiertes ZnO des P-Typs berichtet. Die vom Kasuga Laborstory
of Engineering Department der Yamanashi University präparierte
Dünnschicht
von ZnO des P-Typs ist aufgrund eines immer noch hohen Widerstands
von 100 Ω·cm nicht
für die
praktische Anwendung geeignet. Ferner weist die Dünnschicht
von ZnO des P-Typs ein anhaltendes Problem bezüglich einer experimentellen
Wiederholbarkeit dahingehend auf, dass sein Leitungstyp nach dem
Härten
invers vom P-Typ zum N-Typ wechselt, und ist nicht zu einem wirkungsvollen
ZnO des P-Typs mit niedrigem Widerstand entwickelt worden.
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Li
ist eines der Elemente der ersten Gruppe des Periodensystems und
wird als ein Akzeptor zum Herstellen von P-Typ-Materialien herangezogen.
Vordem ist eine Li-Dotierung nur zum Herstellen von ZnO-Dünnschichten
mit hohem Widerstand verwendet worden, und solche Dotiereffekte
werden eher auf dem Gebiet dielektrischer Materialien wie elektrischer
Isolatoren als bei Materialien für
Halbleitervorrichtungen untersucht. Beispielsweise wird im Journal
of the Physical Society of Japan, Band. 53, Nr. 4, S. 282–286, Akira
Onodera (Graduate School of Science, Hokkaido University) berichtet,
dass ein Li-dotiertes ZnO mit hohem Widerstand (spezifischem Widerstand)
von 1010 Ω·cm als ein Spei chermaterial
mittels eines Einkristallaufwuchsverfahrens, dem sogenannten Hydrothermalverfahren,
präpariert
wird.
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(Durch die Erfindung zu lösendes Problem)
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Aus
ZnO mit einer Leitfähigkeit
des P-Typs können
verschiedene P-Typ-ZnO-Dünnschichten
mit hohem Widerstand hergestellt werden, wohingegen es schwierig
ist, eine ZnO-Einkristall-Dünnschicht
mit niedrigem Widerstand aufwachsen zu lassen und gleichzeitig die
Leitfähigkeit
des P-Typs aufgrund von Selbstkompensierungseffekten und niedriger
Löslichkeit
von P-Typ-Dotiermaterialien
zu erhalten.
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Falls
ein P-Typ-ZnO mit niedrigem Widerstand als eine ZnO-Einkristall-Dünn schicht
synthetisiert werden kann, wird es möglich, einen P-N-Übergang
zwischen halbleitenden ZnO-(Zinkoxid-)Verbindungen derselben Art
zu erreichen, und zwar mittels Kombinierens des synthetisierten
P-Typ-ZnO mit niedrigem Widerstand mit dem N-Typ-ZnO (Zinkoxid)
mit niedrigem Widerstand, was bereits durch den Störstellendotierablauf
unter Verwendung von B (Bor), Al (Aluminium), Ga (Gallium) oder
In (Indium) in die Praxis umgesetzt worden ist. Dieser P-N-Übergang,
bezeichnet als ein Homoübergang,
macht es möglich,
verschiedene Halbleitervorrichtungen herzustellen, wie beispielsweise
eine Implantationsleuchtdiode, Laserdiode und Dünnschichtsolarzelle, und zwar
mit hoher Qualität
und geringen Kosten. Beispielsweise kann das oben genannte ZnO zum
Herstellen einer Ultraviolettlaserdiode verwendet werden, die zum
Aufzeichnen mit hoher Dichte bzw. High-Density-Aufzeichnen oder
zur Informationsübertragung
im großen
Rahmen nötig
ist.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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(Mittel zum Lösen des Problems)
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Um
das obige Problem zu lösen,
haben die Erfinder ein neuartiges Dotierverfahren zum Einbetten
eines P-Typ-Dotiermaterials in ZnO entwickelt, um eine verbesserte
Stabilisierung in ZnO zu erreichen.
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Insbesondere
betrifft die vorliegende Erfindung ein P-Typ-Einkristall-ZnO mit
niedrigem Widerstand, das einen P-Typ und einen N-Typ enthält. Die
vorliegende Erfindung betrifft auch ein P-Typ-Einkristall-ZnO mit niedrigem
Widerstand, das einen P-Typ, einen N-Typ und ein Gruppe-2-Element
enthält.
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Im
erfindungsgemäßen ZnO-Einkristall
des P-Typs mit niedrigem Widerstand, kann das N-Typ-Dotiermittel
ein oder mehrere Elemente ausgewählt
aus der Gruppe bestehend aus B, Al, Ga, In, Zn, F, Cl und H sein.
Ferner kann das P-Typ-Element
ein oder mehrere aus der Gruppe bestehend aus Li und Na ausgewählte Elemente
sein.
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Das
Konzentrationsverhältnis
des enthaltenen P-Typ-Dotiermittels zum enthaltenen N-Typ-Dotiermittel
ist vorzugsweise im Bereich von 1,3:1 bis 3:1, am stärksten bevorzugt
bei 2:1 angesetzt.
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Das
erfindungsgemäße Einkristall-ZnO
des P-Typs mit niedrigem Widerstand weist eine Löcherkonzentration von 2 × 1018/cm3 oder mehr,
bevorzugter 1 × 1019/cm3 oder mehr,
auf. Ferner weist das Einkristall-ZnO des P-Typs mit niedrigem Widerstand
einen elektrischen Widerstand von 20 Ω·cm oder weniger, bevorzugter
10 Ω·cm oder
weniger und insbesondere weniger als 1 Ω·cm auf.
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Das
N-Typ-Dotiermittel und das P-Typ-Dotiermittel werden in einem ZnO-Einkristall gepaart
mittels Dotierens der N-Typ- und P-Typ-Dotiermittel in den ZnO-Einkristall.
In diesem Zustand werden Ladungsträger nicht mittels der P-Typ-Dotiermittel
mit einer Ladung gestreut, sondern mittels P-Typ-Dotiermitteln mit
einer kleineren Ladung, die mittels des N-Typ-Dotiermittels mit
einer entgegengesetzten Ladung zu der des P-Typ-Dotiermittels abgeschirmt
wird. Somit wird die Löcherbeweglichkeit
von Ladungsträgern
erheblich erhöht,
und da durch kann ein Einkristall-ZnO des P-Typs mit niedrigem Widerstand
erlangt werden.
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Die
Gruppe-2-Elemente des Periodensystems haben keinen Einfluss auf
den Leitungstyp und tragen zur Stabilisierung von Sauerstoffen in
der grundlegenden halbleitenden ZnO-Verbindung bei, um eine Funktion eines
Verringerns der Konzentration von freien Sauerstoffstellen auszuführen. In
den Gruppe-2-Elementen
ist es besonders erwünscht,
dass Mg und/oder Be diese Funktion erfüllen.
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Ferner
betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen
eines Einkristallzinkoxids des P-Typs mit geringem Widerstand, bei
dem ein N-Typ-Dotiermittel
und ein P-Typ-Dotiermittel in Zinkoxid dotiert sind, und zwar mit
einer höheren
Konzentration des P-Typ-Dotiermittels als der Konzentration des
N-Typ-Dotiermittels während
der Ausbildung eines Einkristalls des Zinkoxids über einen Dünnschichtausbildungsprozess.
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Ferner
betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen
eines Einkristallzinkoxids des P-Typs mit geringem Widerstand, bei
dem N-Typ- und P-Typ-Dotiermittel und Mg und/oder Be in das Zinkoxid dotiert
sind und zwar mit einer höheren
Konzentration des P-Typ-Dotiermittels als der Konzentration des N-Typ-Dotiermittels
und der des Mg und/oder Be während
der Ausbildung eines Einkristalls des Zinkoxids über einen Dünnschichtausbildungsprozess.
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In
diesem erfindungsgemäßen Verfahren
zum Herstellen eines Einkristallzinkoxids des P-Typs mit geringem
Widerstand mag der Dünnschichtbildungsablauf
den Schritt des Zuführens
eines atomaren Gases von einer Zn-Festkörperquelle und eines Aktivsauerstoffs
auf ein Halbleitersubstrat umfasst, um eine Einkristall-Zinkoxiddünnschicht
auf dem Substrat aufzubringen bzw. aufwachsen zu lassen.
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In
den obigen Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Einkristallzinkoxids
des P-Typs mit niedrigem Widerstand mag ein atomares Gas, das von
einer Zn-Festkörperquelle
mittels metallorganischer Gasphasenepitaxie ("Metal Organic Chemical Vapor Deposition"; MOCVD) oder Molekularstrahlepitaxie
("Molecular Beam
Epitaxy"; MBE) unter
Verwendung eines atomaren Strahls und eines Aktivsauerstoffs verdampft wird,
bei einer niedrigen Temperatur fließend auf ein Halbleitersubstrat
aufgebracht werden, um eine Einkristallzinkoxiddünnschicht unter einem ausreichenden
Sauerstoffplasma auf dem Halbleitersubstrat aufwachsen zu lassen.
Während
dieses Ablaufs werden die P-Typ- und N-Typ-Dotiermittel und zumindest
eines der Gruppe-2-Elemente in das Zinkoxid dotiert.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung können
die P-Typ- und N-Typ-Dotiermittel den Anstieg von elektrostatischer
Energie aufgrund der Coulomb-Reaktionskraft zwischen den P-Typ-Dotiermitteln
unterdrücken und
eine Coulomb-Anziehungskraft zwischen den N-Typ- und P-Typ-Dotiermitteln
zum Vorschein kommen lassen, um einen Energiezuwachs zu erzeugen.
Die Verstärkung
aufgrund der obigen elektrostatischen Wechselwirkung ermöglicht es,
dass mehr Dotiermittel des P-Typs effektiv eingebaut werden, um
eine weiter verbesserte Stabilisierung der Ionenladungsverteilungen
in ZnO zu erreichen. Somit kann das Dotiermittel des P-Typs in einer
hohen Konzentration stabil dotiert werden. Obwohl die Dotiermittel
des N- und des P-Typs separat zu verschiedenen Zeitpunkten dotiert
werden können,
ist es wünschenswert,
sie gleichzeitig zu dotieren oder gemeinsam zu dotieren.
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Die
höhere
Konzentration des P-Typ-Dotiermittels im Vergleich zu der des N-Typ-Dotiermittels
kann insbesondere mittels Einstellens ihrer Menge, die einzubauen
ist, oder des Drucks des atomaren Gases bereitgestellt werden. Das
P-Typ-Dotiermittel
und/oder das N-Typ-Dotiermittel und/oder das Gruppe-2-Element können in
eine atomare Form ungewandelt werden, und zwar indem sie elektronisch
angeregt werden unter Verwendung von Funkfrequenzwellen, Lasern,
Röntgenstrahlen
oder Elektronenstrahlen.
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Vorzugsweise
weist das Substrat eine Temperatur auf, die von 300°C bis 650°C reicht.
Die Temperatur von weniger als 300°C verursacht eine stark verringerte Aufwuchsrate
der Dünnschicht,
welche für
die praktische Anwendung nicht geeignet ist. Die Temperatur von
mehr als 650°C
verursacht ein intensives Ausströmen von
Sauerstoff, was zu erhöhten
Defekten, einer verschlechterten Kristallbildung und verringerten
Dotiereffekten führt.
Das Substrat mag ein Siliziumeinkristallsubstrat, ein Siliziumeinkristallsubstrat
mit einer darin ausgebildeten SiC-Schicht und ein Saphireinkristallsubstrat
umfassen. Vorzugsweise weist das Substrat die gleiche Kristallstruktur
wie die von ZnO auf und weist fast die gleiche Gitterkonstante wie
die von ZnO auf. Jedoch erfüllen
keine der obigen aktuell verwendeten Substrate diese Anforderung,
und dadurch gibt es keinen signifikanten Unterschied in Vorteil
und Nachteil zwischen ihnen. Ferner mögen das Substrat und die Dünnschicht zwischen
ihnen eine Chromoxidschicht oder eine Titanoxidschicht mit einem
Durchschnittswert von jeweiligen Gitterkonstanten des Substrats
und der Dünnschicht
eingefügt
haben, um eine Uneinheitlichkeit in den Kristallgittern zu verringern.
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Ferner
ist es in der vorliegenden Erfindung bevorzugt, dass nach einem
Bilden des P-Typ-Einkristallzinkoxids mit niedrigem Widerstand am
Substrat das gebildete Einkristallzinkoxid auf Raumtemperatur heruntergekühlt wird
und dann einer Wärmebehandlung
bei einer hohen Temperatur, die beispielsweise von 100 bis 250°C reicht,
unter einem elektrischen Feld unterzogen wird. Dies ermöglicht es
Wasserstoff, der sich allgemein als Donator verhält, nach außen entfernt zu werden.
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Die
Größe der Energielücke kann
mittels Kombinierens des P-Typ-Einkristall-ZnO mit niedrigem Widerstand mit dem
herkömmlichen
N-Typ-ZnO mit niedrigem Widerstand (Zinkoxid) frei gesteuert werden.
Dies stellt ein Optoelektronikmaterial mit einer hohen Leistung über den
Bereich von sichtbarem Licht zu ultraviolettem Licht und einem breiten
Anwendungsbereich in einer Implantations-Leuchtdiode oder Laserdiode
bereit. Ferner kann der Anwendungsbereich auf verschiedene photoelektrische
Umwandlungsvorrichtungen oder Halbleiter mit niedrigem Widerstand,
wie beispielsweise eine Solarzelle, ausgeweitet werden.
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Ferner
kann ein Magnetismus-Halbleiter-Hybridfunktionselement mittels Dotierens
eines Übergangsmetalls,
Mn, Fe oder Co, welches ein magnetisches Element ist, in die Dünnschicht
des P-Typ-Einkristall-ZnO mit niedrigem Widerstand hergestellt werden.
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(Funktion)
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Gemäß den Dotiereffekten
in der vorliegenden Erfindung wird ein Donator-Akzeptor-Paar (z. B. Li-F-Li) im Kristall
ausgebildet, (1) um den Anstieg elektrostatischer Energie aufgrund
einer Coulomb-Reaktionskraft zwischen den P-Typ-Dotiermitteln zu unterdrücken und
die Löslichkeit
von zusätzlichen
P-Typ-Dotiermitteln
zu erhöhen,
und (2) um es zu ermöglichen,
dass das Streuausmaß der
Dotiermittel, das auf die Dynamik der Löcher agiert, welches 100 Ångström oder mehr
in einer Einzeldotierung entspricht, in einem kürzeren Bereich von einigen
Zehn Ångström zu interagieren,
und es somit zu ermöglichen,
dass eine durchschnittliche freie Ladungsträgerbeweglichkeit erhöht wird.
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Ferner
wird das Gruppe-2-Element, insbesondere Mg oder Be, dotiert, (3)
um eine starke chemische Bindung zwischen Mg-O oder Be-O im Kristall
zu bilden, um zu verhindern, dass Sauerstoff ausströmt. Die
obigen drei Effekte machen es möglich,
das P-Typ-Dotiermittel in einer hohen Konzentration stabil zu dotieren, und
das sich daraus ergebende P-Typ-Einkristall-ZnO mit niedrigem Widerstand
kann als ein Optoelektronikmaterial über den Bereich von sichtbarem
Licht zu ultraviolettem Licht verwendet werden.
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Während die
Einkristall-ZnO-Dünnschicht
insbesondere dazu neigt, dass Sauerstoff ausströmt, besetzen ein oder mehrere
Elemente ausgewählt
aus der Gruppe bestehend aus B, Al, Ga, In, Zn, F, Cl und H die sich
ergebende freie Sauerstoffstelle, um die Verschlechterung einer
Kristallbildung aufgrund der Bildung der freien Stellen zu verhindern,
und das P-Typ-Dotiermittel, typischerweise ein oder mehrere Elemente
aus der Gruppe bestehend aus Li und Na, wird bei einer Zn-Koordinate
mittels Ionenbindens stabilisiert.
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Beispielsweise
werden Li und F als ein P-Typ-Dotiermittel bzw. ein N-Typ-Dotiermittel verwendet,
und diese Dotiermittel werden beispielsweise mittels F:Li = 1:2
dotiert. Als ein Ergebnis wird eine starke chemische Bindung zwischen
benachbarten F und Li erzeugt, um ein einen Komplex von Li-F-Li
in der ZnO-Kristalldünnschicht
zu bilden. Falls Li einzeln dotiert wird, wird die Energie im Gittersystem
erhöht,
und dadurch wird eine freie Sauerstoffstelle induziert. Die freie
Stelle wirkt als ein Donator und verursacht die Verschlechterung
einer Kristallbildung. Somit bewegt sich Li zwischen Gittern, und
dadurch wird die Rolle von Li invers von Akzeptor zu Donator umgetauscht.
Dies blockiert die Erzeugung einer P-Typ-Einkristall-ZnO-Dünnschicht
mit niedrigem Widerstand.
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Andererseits
wird dotiertes Li in einem gemeinsam F- und Li-dotierten Kristall
stabilisiert, nachdem der Komplex gebildet wurde, und dadurch bewegt
sich das stabilisierte Li auf ein flaches Niveau. Dies ermöglicht es,
dass mehr Ladungsträger
bei niedrigerer Temperatur (bei der Temperatur, die näher an der
Raumtemperatur liegt) erzeugt werden, um eine gewünschte P-Typ-Einkristall-ZnO-Dünnschicht mit niedrigem Widerstand bereitzustellen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein konzeptionelles Diagramm, dass die schematische innere Struktur
einer Vakuumkammer zum Ausbilden einer P-Typ-Einkristall-ZnO-Dünnschicht
an einem Substrat mittels Verwendens des MBE-Verfahrens zeigt.
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2 ist
ein schematisches Diagramm, das die Konfiguration von P-Typ-Dotiermitteln und
N-Typ-Dotiermitteln zeigt, welche mittels Verwendens des Berechnungsverfahrens
einer Bandstruktur nach Grundprinzipien bestimmt wird.
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BESTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
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Unter
Bezug auf ein Beispiel wird nun ein Verfahren zum Ausbilden der
P-Typ-Einkristall-ZnO-Dünnschicht
an einem Substrat mittels Verwendens des MBE-Verfahrens genauer beschrieben.
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Wie
in 1 gezeigt, wurde ein Saphirsubstrat 2 in
einer Vakuumkammer 1 mit einem konstant gehaltenen Innendruck
von 1,33 × 10–6 Pa
(10–8 Torr)
platziert, und ein atomares Zn-Gas und ein atomares O-Gas wurden
dem Substrat 2 zugeführt,
um eine ZnO-Dünnschicht
am Substrat 2 herzustellen. Das atomare Zn-Gas wurde mittels
Erwärmens
einer Zn-Festkörperquelle
mit einer Reinheit von 99,99999% mit einer Heizvorrichtung hergestellt,
um es in eine atomare Form zu bringen. Das atomare O-Gas wurde mittels
Aktivierens von Sauerstoff mit einer Reinheit von 99,99999% mit
einer Funkfrequenz-Radikalzelle hergestellt. Li, das als ein P-Typ-Akzeptor
wirkt, und F, das als ein N-Typ-Donator wirkt, wurden mittels Abstrahlens
des Mikrowellenniveaus von elektromagnetischen Wellen auf ein entsprechendes
molekulares Gas oder mittels Bringens einer entsprechenden Elementarzelle
in eine atomare Form unter einer hohen Temperatur präpariert. 1 zeigt eine
RF-("radio frequencies"; Funkfrequenz-)Spule 3,
eine Heizvorrichtung 4 und eine Elementarzelle (Li-Quelle) 5,
welche in diesem Verfahren verwendet werden. Während eines Bildens einer Dünnschicht
wurden F als ein N-Typ-Dotiermittel und Li als ein P-Typ-Dotiermittel
bei einem Teildruck von 1,33 × 10–5 Pa
(10–7 Torr)
bzw. einem Teildruck von 6,66 × 10–8 Pa
(5 × 10–7 Torr)
gleichzeitig dem Substrat 2 zugeführt, um das Kristallwachstum
zum Bilden einer P-Typ-Einkristall-ZnO-Dünnschicht 6 bei jeder
der Temperaturen 350°C,
400°C, 450°C und 600°C hervorzurufen.
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Für die P-Typ-Einkristall-ZnO-Dünnschicht,
die bei jeder der obigen Kristallaufwuchstemperaturen erlangt wird,
wurden eine Löcherkonzentration,
ein Widerstand und eine Löcherbeweglichkeit
gemäß einer
Löchermessung
und eines Four-Probe-Verfahrens bestimmt. Tabelle 1 zeigt dieses
Messergebnis mit einem Vergleich zu dem Fall, bei dem nur Li als
ein P-Typ-Dotiermittel einzeln dotiert wurde, ohne F als ein N-Typ-Dotiermittel
mitzudotieren.
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Tabelle
1 zeigt außerdem
den Fall (2), bei dem Mg und Li gemeinsam dotiert wurden, und den
Fall (4), bei dem Li, F und Mg gemeinsam dotiert wurden. In diesen
Fällen
wurde Mg mittels Abstrahlens des Mikrowellenniveaus von elektromagnetischen
Wellen auf ein entsprechendes molekulares Gas oder mittels Bringens einer
entsprechenden Elementarzelle in eine atomare Form unter einer hohen
Temperatur präpariert.
Im Fall eines gemeinsamen Dotierens aller drei von Li, F und Mg
ist eine zusätzliche
Komponente nur eine Elementarzelle.
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Wie
aus der in Tabelle 1 gezeigten Löcherkonzentration
(Anzahl/cm
3) ersichtlich, stellt eine höhere Aufwuchstemperatur
eine höhere
Löcherkonzentration
bereit. Im Vergleich mit dem Ergebnis eines Dotierens von Li allein
(1), zeigt jedes der Ergebnisse eines gemeinsamen Dotierens von
Li und Mg (2), das Ergebnis eines gemeinsamen Dotierens von Li und
F (3) und das Ergebnis eines gemeinsamen Dotierens von Li, F und Mg
(4) alle eine Löcherkonzentration
mit einer um drei oder mehr höheren
Größenordnung. (Tabelle 1)
Substrattemperatur
(°C) | Löcherkonzentration
(Anzahl/cm3) | Löcherbeweglichkeit
(cm2/V – g) | Widerstand
(Ω·cm) |
(1)
1015 | (2)
1018 | (3)
1018 | (4)
1018 | (1) | (2) | (3) | (4) | (0)
108 | (2) | (3) | (4) |
350 | 1 | 2 | 10 | 8 | - | 80 | 75 | 75 | 90 | 20 | 8 | 10 |
400 | 3 | 3 | 15 | 10 | - | 85 | 80 | 78 | 60 | 9 | 2 | 3 |
450 | 6 | 8 | 50 | 20 | - | 90 | 95 | 88 | 10 | 0,9 | 0,3 | 0,4 |
600 | 8 | 10 | 90 | 60 | - | 93 | 150 | 105 | 2 | 0,25 | 0,01 | 0,08 |
- (1) das Ergebnis eines Dotierens von Li
allein.
- (2) das Ergebnis eines gemeinsamen Dotierens von Li und Mg.
- (3) das Ergebnis eines gemeinsamen Dotierens von Li und F.
- (4) das Ergebnis eines gemeinsamen Dotierens von Li, F und Mg.
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Ferner
wird im Vergleich zum Ergebnis eines Dotierens nur von Li (1) bewiesen,
dass jedes der Ergebnisse (2) bis (4) eine Löcherbeweglichkeit (cm2/V·g)
mit einer um zwei oder mehr höheren
Größenordnung
aufweist. Im Fall eines gemeinsamen Dotierens hat sich der Widerstand
(Ω·cm) in
umgekehrter Proportion zum Produkt der Löcherkonzentration und der Löcherbeweglichkeit
um fünf
oder mehr Größenordnungen
verringert im Vergleich zu dem Fall eines einzelnen Dotierens, und
sinkt sogar auf 10 Ω·cm ab,
wenn die Substrattemperatur 400°C
oder mehr beträgt.
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Ferner
konnte in dem Beispiel eines gemeinsamen Dotierens dreier Elemente
Li, F und Mg selbst bei einer niedrigen Kristallaufwuchstemperatur
von 350°C
eine P-Typ-Einkristall-ZnO-Dünnschicht
mit einer hohen Löcherkonzentration
von 8 × 1018 (Anzahl/cm3) erlangt
werden. Somit könnte
eine P-Typ-Einkristall-ZnO-Dünnschicht
mit einem niedrigem Widerstand von 10 Ω·cm erlangt werden.
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2 zeigt
die Konfiguration von zwei Akzeptoren und einem Donator in einem
ZnO-Kristall, welche mittels Verwendens des Berechnungsverfahrens
einer Bandstruktur nach Grundprinzipien bestimmt wird. Wie in 2 zu
sehen, ist bestätigt
worden, dass die kristallographische Konfiguration von Li mittels
Hinzufügens von
Li als einem Akzeptor und F als einem Donator im ZnO-Kristall stabilisiert
wurde und dadurch Li in einer hohen Konzentration stabil dotiert
werden konnte. Mg des Gruppe-2-Elements befindet sich im Wesentlichen unabhängig von
Li und F, um Sauerstoff zu stabilisieren.
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GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
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Wie
oben beschrieben, ist ZnO der vorliegenden Erfindung ein neuartiges
P-Typ-Einkristall-ZnO
mit niedrigem Widerstand, welches nicht erreicht worden ist, und
dieses Einkristall-ZnO weist einen breiteren innovativen Anwendungs bereich
auf. Ferner macht es das Verfahren der vorliegenden Erfindung möglich, das Einkristallzinkoxid
des P-Typs mit niedrigem Widerstand leicht zu erlangen.