实时掺氮生长p型ZnO晶体薄膜的方法技术

本发明专利技术的实时掺氮生长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↑［－３］Ｐａ，然后加热衬底，使衬底温度为２００～６００℃，以高纯氨气ＮＨ↓［３］和高纯氧气Ｏ↓［２］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ＮＨ↓［３］与Ｏ↓［２］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。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及p型ZnO的掺杂方法。具体说是关于。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种。本专利技术的是采用磁控溅射法，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。本专利技术的优点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专利技术方法采用的直流反应磁控溅射装置示意中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专利技术。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 这里，v和s分别代表气态和固态。在ZnO薄膜中，N取代O位于晶格位置，而H由于原子半径较小，会存在于与N相邻的间隙位置，这可以很大程度上抑制生长过程中间隙Zn的存在，降低自补偿效应。本文档来自技高网...

【技术保护点】
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↑［－３］Ｐａ，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。

【技术特征摘要】
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄靖云，叶志镇，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]