专利名称：用n型氧化锌制备p型氧化锌薄膜的方法
技术领域：
本发明涉及半导体材料p型氧化锌薄膜的制备方法，特别是一种通过对M型氧化锌薄 膜的后处理使其转变为p型氧化锌薄膜的方法。
技术背景氧化锌(ZnO)是一种宽禁带、直接带隙II-VI半导体材料，具有宽的带隙能量(3.37eV) 及较大的激子束缚能(60meV)，是一种具有很大潜在应用价值的紫外半导体光电器件材 料。目前针对氧化锌的研究工作已经在全世界范围内广泛开展起来，然而为了实现氧化锌 材料作为紫外激光器件的实用化，必须实现氧化锌的电注入，而解决这一关键问题是获得 低阻的"型和p型氧化锌材料。由于ZrvO本身的性质，使得在不掺杂的情况下就可以很 容易地获得"型ZnO材料。而由于ZnO的自补偿效应，使得p型ZnO很难通过本征缺陷 获得，大多是通过外来元素的掺杂来实现。所以，要实现电激励的ZnO紫外光发射或者 受激激光，获得低阻的p型ZnO材料是至关重要的一个方面。迄今为止，各国的研究组已经尝试使用多种方法和掺杂源制备出p型ZnO薄膜。制备 方法主要包括分子束外延、化学气相沉积、磁控溅射、热喷雾和激光脉冲沉积等。而选取 的掺杂元素主要是I族元素(Li， Na， K)和N、 P、 As等V族元素。由于N在II-VI族的半导 体材料ZnSe中成功的实现了; 型掺杂，同时由于N与O的离子半径相近(Zn-O 1.93 A, Zn-N 1.88 A)，比较容易占据O格位而形成NO缺陷。因此人们将N元素作为p型ZnO掺杂的首选 元素并进行了大量的研究。上述制备技术主要存在的问题是实验操作比较复杂、可重复性 比较低，获得的p型不稳定等。发明内容本发明的目的是提供一种用m型氧化锌制备p型氧化锌薄膜的方法，以克服现有技术制备p型氧化锌薄膜存在的工艺复杂、可重复性比较低，获得的p型氧化锌不稳定等缺陷。 本发明用W型氧化锌制备p型氧化锌薄膜的方法，由以下工艺步骤实现a. 将己准备好的《型氧化锌薄膜放入等离子体增强的化学气相沉积(PECVD)生长室；b. 打开机械泵抽真空，使真空度小于50Pa;c. 衬底加热到预定的温度100 200°C;d. 通入氨气，打开射频电源，输入功率为10 30瓦，进行0.5 2h的氨等离子体氮 化处理，即可实现氧化锌薄膜从n型到p型的转变。本发明与现有技术的差别在于，本发明是利用等离子体化学气相沉积直接对w型氧化 锌薄膜进行后处理，使其发生从"型到; 型的转变。其优点是制备工艺简单、材料生长温 度低、可以在常压下操作、可重复性比较高、得到的p型比较稳定。
具体实施方式
实施例1对分子束外延方法在富锌缺氧条件下生长的ZnO薄膜进行后处理。 首先，将由分子束外延方法在富锌缺氧条件下生长的"型ZnO薄膜放入等离子体增 强的化学气相沉积(PECVD)设备的生长室，然后打开机械泵抽真空，使真空度小于50Pa， 再将衬底加热到预定的温度10(TC，衬底温度由铂一铑热偶探测显示，再通入氨气，打开 射频电源，调节输入功率为10瓦，对样品进行0.5h的氨等离子体氮化处理。即获得p型 ZnO薄膜，其载流子浓度为1.8X1016cm—3。 实施例2对分子束外延方法在富锌缺氧条件下生长的ZnO薄膜进行后处理。 首先，将由分子束外延方法在富锌缺氧条件下生长的《型ZnO薄膜放入等离子体增 强的化学气相沉积(PECVD)设备的生长室，然后打开机械泵抽寘空，使真空度小于50Pa， 再将衬底加热到预定的温度150。C，衬底温度由铂一铑热偶探测显示，再通入氨气，打开 射频电源，调节输入功率为20瓦，对样品进行l h的氨等离子体氮化处理。即获得p型 ZnO薄膜，其载流子浓度为1.6X1016cm—3。实施例3对分子束外延方法在富锌缺氧条件下生长的ZnO薄膜进行后处理。 首先，将由分子束外延方法在富锌缺氧条件下生长的"型ZnO薄膜放入等离子体增 强的化学气相沉积(PECVD)设备的生长室，然后打开机械泵抽真空，使真空度小于50Pa， 再将衬底加热到预定的温度200。C，衬底温度由铂一铑热偶探测显示，再通入氨气，打开 射频电源，调节输入功率为30瓦，对样品进行2 h的氨等离子体氮化处理。即获得p型 ZnO薄膜,其载流子浓度为2.2 X 1016 cm—3。 实施例4本实施例只增加了后退火的步骤，对本发明样品进行后处理。其他条件同实施例1，对处理得到的样品在N2气氛下70(TC退火2h，得到的样品导电 类型为/)型，载流子浓度为3.7X 1017 cnT3。 实施例5本实施例对用电化学方法生长的w型ZnO薄膜进行后处理。 其它条件同实施例l,只是样品换为用电化学方法生长的"型ZnO薄膜。时间 为lh，输入功率仍为IOW。得到的样品导电类型为p型，载流子浓度为3.7X10"cm—3。
权利要求
1.一种用n型氧化锌制备p型氧化锌薄膜的方法，其特征在于由以下工艺步骤实现a.将已准备好的n型氧化锌薄膜放入等离子体增强的化学气相沉积生长室；b.打开机械泵抽真空，使真空度小于50Pa；c.衬底加热到预定的温度100～200℃；d.通入氨气，打开射频电源，输入功率为10～30瓦，进行0.5～2h的氨等离子体氮化处理，即实现氧化锌薄膜从n型到p型的转变。
全文摘要
本发明涉及半导体材料p型氧化锌薄膜的制备方法，特别是一种用，n型氧化锌制备p型氧化锌薄膜的方法，由以下工艺步骤实现a.将已准备好的n型氧化锌薄膜放入等离子体增强的化学气相沉积生长室；b.打开机械泵抽真空，使真空度小于50Pa；c.衬底加热到预定的温度100～200℃；d.通入氨气，打开射频电源，输入功率为10～30瓦，进行0.5～2h的氨等离子体氮化处理，即实现氧化锌薄膜从n型到p型的转变。本发明是利用等离子体化学气相沉积直接对n型氧化锌薄膜进行后处理，使其发生从n型到p型的转变。其优点是制备工艺简单、材料生长温度低、可以在常压下操作、可重复性比较高、得到的p型比较稳定。
文档编号C30B31/00GK101225549SQ200710056189
公开日2008年7月23日 申请日期2007年10月18日 优先权日2007年10月18日
发明者吕有明, 萍 曹, 李炳辉, 申德振, 赵东旭 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所