专利名称：一种生长ZnO单晶、微晶薄膜及其p型掺杂的方法
技术领域：
本发明属于半导体材料与器件技术领域，涉及一种闭管化学气相传输法生 长ZnO单晶、微晶薄膜及其p型掺杂的方法。
技术背景氧化锌(ZnO)是一种直接带隙宽禁带(3.37eV) II-VI族化合物半导体材料， 具有较大的激子束缚能(60meV)，理论上可以在室温下实现紫外光的受激发射。 ZnO在器件应用方面具有广阔的应用范围，潜力很大，前景极好。它可以被用 来制作透明电极、压敏电阻、太阳能电池窗口、表面声波器件、气体传感器、 发光二极管等。在短波区域，ZnO可用于制造紫外发光器件和紫外激光器，对 于提高光记录密度及光信息的存取速度起着非常重要的作用。但是，为了使ZnO 在光电子领域有更广阔的应用，首先必须制备出高质量的单晶材料；同时通常 生长的ZnO由于偏离化学计量比而存在大量的氧空位和锌间隙原子，使材料呈 n型，这样p型ZnO的制备就成为研制p-n结型ZnO光电器件必须解决的难点。目前，生长ZnO薄膜的方法有很多，有磁控溅射(Magnetron Sputtering)、分 子束外延(MBE)、脉冲激光沉积(PLD)、金属有机物化学气相沉积(MOCVD)、溶 胶凝胶法(Sog-Gel)、喷雾热解法(SpayPyrolysis)等。闭管化学气相传输法与分子 束外延、脉冲激光沉积、金属有机物化学气相沉积等方法相比，具有工艺简单、 设备成本低、生长速度快、无毒无污染等优点。闭管化学气相传输法可望在多 种衬底上生长不同厚度的ZnO单晶、微晶薄膜，并能够进行有效的p型掺杂。 发明内容本发明要解决的技术问题是采用闭管化学气相传输法来生长ZnO单 晶、微晶薄膜，制备出高质量的p型ZnO，进而制备出电注入p-n结型ZnO光电器件。本发明的技术方案是在一端封闭的石英管内，放置纯度99%以上ZnO粉和清洗过的所需的衬底， 所放位置由源区、生长区温度及控温炉的温度梯度决定，然后将石英管接真空系统，真空度低于10—2Pa后用氢氧焰封闭石英管开口的一端，将完全封闭的石 英管升温加热，ZnO源区温度控制在1000-110(TC，根据衬底的不同将衬底温度 控制在400-80(TC，进行ZnO单晶、微晶薄膜的生长，根据生长晶体的尺寸生长 时间可控制在0.5-24小时，在生长源区或其他温区内放置掺杂源可以实现ZnO 的p型掺杂。本发明中所说的衬底是SK)2、 Si、 Al203及可供生长的其他衬底，所说的掺杂源是As、 P、 Sb等V族元素及其化合物。本发明的效果和益处是工艺简单、设备成本低、生长速度快、无毒无污染。 本发明可望在多种衬底上生长不同厚度的ZnO单晶、微晶薄膜，并能够进行有 效的p型掺杂。本发明中掺杂源的掺杂过程和ZnO晶体膜的生长过程一起进行， 与先成膜后扩散的方法相比，可以避免掺杂源难于进入晶粒内部的问题。
具体实施方式
以下结合技术方案以Si02为衬底详细叙述本发明的具体实施方案。 具体步骤如下1、 用标准的半导体清洗工艺对Si02衬底进行清洗处理。2、 在一端封闭的石英管内，放入足量的高纯Zn0粉(纯度99。/。以上)和清 洗过的Si02衬底，两者之间的距离大约25cm。3、 将石英管接真空系统，真空度低于10—卞3后用氢氧焰封闭。4、 将完全封闭的石英管放入控温炉内升温加热，Zn0源区温度控制在 1000-IIO(TC，衬底温度控制在500-55(TC，生长时间为3小时。5、 生长结束后，自然冷却到室温，打开封闭的石英管，取出样品。
权利要求
1、一种生长ZnO单晶、微晶薄膜及其p型掺杂的方法，其特征是，在一端封闭的石英管内，放置纯度99％以上ZnO粉和清洗过的生长衬底；将石英管接真空系统，真空度低于10-2pa后用氢氧焰封闭开口的一端；将完全封闭的石英管升温加热，ZnO源区温度控制在1000-1100℃；将衬底温度控制在400-800℃，进行ZnO单晶、微晶薄膜的生长；生长晶体的尺寸生长时间控制在0.5-24小时，放置掺杂源实现ZnO的p型掺杂。
2、 根据权利要求l所述的一种生长ZnO单晶、微晶薄膜及其p型掺杂的 方法，其特征是选用V族元素及其化合物作为ZnO的p型掺杂的掺杂源。
3、 根据权利要求l所述的一种生长ZnO单晶、微晶薄膜及其p型掺杂的 方法，其特征是衬底温度控制在500-55(TC，生长时间为3小时。
全文摘要
本发明属于半导体材料与器件技术领域，涉及一种闭管化学气相传输法生长ZnO单晶、微晶薄膜及其p型掺杂的方法。其特征是，在一端封闭的石英管内，放置高纯ZnO粉和清洗过的所需衬底，所放位置由源区、生长区温度及控温炉的温度梯度决定，然后将石英管接真空系统，真空度低于10<sup>-2</sup>Pa后用氢氧焰封闭，将完全封闭的石英管放入控温炉内升温加热，控制温度分布及生长时间进行ZnO单晶、微晶薄膜的生长，在生长源内或其他温区内放置掺杂源可以实现ZnO的p型掺杂。本发明的效果和益处是采用的闭管化学气相传输法具有工艺简单、设备成本低、生长速度快、无毒无污染等优点。
文档编号C30B29/16GK101275271SQ20071015931
公开日2008年10月1日 申请日期2007年12月25日 优先权日2007年12月25日
发明者强 付, 张贺秋, 杜国同, 胡礼中, 骆英民 申请人:大连理工大学