专利名称：一种p型ZnO纳米线的制备方法
技术领域：
本发明涉及P型Zn0纳米线的制备技术，砷掺杂制备p型Zn0纳米线的方 法，属于半导体材料领域，特别涉及一种采用化学气相沉积方法利用砷的化合 物做为掺杂源，进行P型ZnO纳米线的制备方法。
背景技术：
ZnO是继GaN之后又一新型的宽带隙半导体材料，具有较GaN材料更高的 激子束缚能，可以在室温甚至于更高温度下实现高效的与激子相关的发射。 与体材料或薄膜材料相比，ZnO纳米线由于其在维度上受限，使激子束缚能 进一步增加，使其具有更高效的激子发射性能。为了实现其光电器件的应用， p型ZnO纳米线的掺杂成为目前最重要的问题，同时也成为ZnO材料研究的前 沿方向。
P型ZnO的掺杂杂质通常为V族元素，如氮、磷、砷等。 一般认为氮在ZnO 中是一个浅受主能级，但是，由于ZnO纳米线最常采用的制备方法是化学气 相沉积方法，这种方法是在高温的条件下制备ZnO纳米线，氮的溶解度在高 温下很低，难以实现氮的掺入。采用砷、磷等材料扩散的方法可以实现砷的 掺入，但是由于这种方法很难控制且通常是在生长以后进行的，砷、磷扩散 的同时也会造成ZnO纳米线质量变差，从而影响后期器件的制备。
化学气相沉积方法是制备ZnO纳米线最常用的方法，利用这种方法可以 制备出高质量排列的未掺杂的n型ZnO纳米线，而p型ZnO纳米线的制备是目前 研究的热点及难点。
发明内容
本发明的目的是克服目前p型ZnO纳米线难以获得的问题，提供一种利用砷的化合物蒸气压较高的特性，将砷的化合物与锌粉作为气相沉积的源材
料，在一定温度下与氧反应可以实现砷掺杂的P型ZnO纳米线的制备。由于这 种方法是基于热平衡下进行的，可以获得高质量的ZnO纳米线，这对于实现 基于这种高质量P型ZnO纳米线的ZnOp-n结发光二极管器件是十分有利的。 本发明的技术方案是-
本发明所述的砷掺杂的P型ZnO纳米线是基于化学气相沉积系统。砷掺杂 的p型ZnO纳米线的制备工艺步骤如下。
(1) 对高纯的锌粉与砷的化合物的粉末按质量比2/l 100/l进行称量 后，放入石英坩埚内，与清洗过的衬底一同放入化学气相沉积系统 的石英管内；
(2) 将石英管内的压力控制在1000Pa以下，开始加热至400 70(TC范 围内某一温度点。通入氧气，其流量为50-500ml/min，开始纳米线 的生长；
(3) 根据所需的ZnO纳米线长度控制生长时间，生长速度为O. 1 10u m/h;
(4) 生长完成后，关闭氧气，关闭衬底加热丝，缓慢降t显到10(TC以下 取出样品。
上述砷的化合物可以采用砷化镓或砷化铟或砷化锌等高蒸气压的砷的 化合物中的一种或几种化合物。
衬底采用蓝宝石、Si、 GaAs、 InP、 CaF2、石英、玻璃以及金属衬底等 均可。
本发明通过调节锌与砷的化合物的摩尔百分含量可以制备不同掺杂浓 度的砷掺杂P型ZnO纳米线。本发明的效果及益处是提供一种简单的砷掺杂的P型ZnO纳米线的制备 方法，克服p型ZnO纳米线制备困难的问题，进而可制备出p-n结型ZnO纳米线 光电器件。
图l是本发明采用的化学气相沉积系统中内部沉积系统的示意图，石英 管外部加热腔体未给出。
图中l为进气口； 2为石英管；3为石英坩锅；4为蒸发源；5为衬底；6
为抽气口；
图2是获得的p型Zn0纳米线的X射线衍射图样(XRD)。
具体实施例方式
以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施例。 实施例l
生长直径约为100nm的p型ZnO纳米线阵列
(1) 对高纯锌粉与砷化镓的粉末按质量比6/l进行称量后，放入石英坩 埚内，与清洗过的硅衬底一同放入化学气相沉积系统的石英管内。
(2) 将石英管抽真空至1000Pa以下，当温度加热至65(TC时，通入氧气， 其流量为100ml/min，开始纳米线的生长，生长时间为30分钟。
(3) 生长完成后，关闭氧气，关闭加热电源，缓慢降温到10(TC以下取 出样品。
利用本发明，制备出了直径约为100nm的p型ZnO纳米线。X射线衍射谱表 明，只有ZnO (002)衍射峰出现，表明本发明方法制得的As掺杂的p型ZnO 纳米线具有良好的结晶质量，扫描电子显微镜可以看出制备的ZnO纳米线垂 直与衬底生长，且密度、直径和长度均匀，其长度为1.5-2um，直径约为100nm。
实施例2
生长直径约为50nm的p型Zn0纳米线阵列 (1)对高纯锌粉与砷化镓的粉末按质量比6/l进行称量后，放入石英坩
埚内，与清洗过的衬底一同放入化学气相沉积系统的石英管内。 (3)将石英管抽真空至1000Pa以下，当温度加热至70(TC时，通入氧气，
其流量为300ml/min，开始纳米线的生长，生长时间为30分钟。 (3)生长完成后，关闭氧气，关闭加热电源，缓慢降温到100。C以下取
出样品。
利用本发明，制备出了直径约为50mn的p型ZnO纳米线。X射线衍射谱表 明本发明方法制得的As掺杂的p型ZnO纳米线具有良好的结晶质量，扫描电子 显微镜可以看出制备的ZnO纳米线密度、直径和长度均匀，其长度为2-3ym， 直径约为50nm。 实施例3
本实施例和实施例1与实施例2的步骤大体相同，所不同之处是生长过程 采用砷化锌与高纯锌粉做为蒸发源，其它生长条件几乎一致。 实施例4
本实施例和实施例1与实施例2的步骤大体相同，所不同之处是生长过程 采用砷化铟与高纯锌粉做为蒸发源,其它生长条件几乎一致。
权利要求
1.一种p型ZnO纳米线的制备方法，其特征是步骤如下(1)对高纯的锌粉与砷的化合物的粉末按质量比2/1～100/1进行称量后，放入石英坩埚内，与清洗过的衬底一同放入化学气相沉积系统的石英管内；(2)将石英管内的压力控制在1000Pa以下，开始加热至400～700℃范围内某一温度点。通入氧气，其流量为50-500ml/min，开始纳米线的生长；(3)根据所需的ZnO纳米线长度控制生长时间，生长速度为0.1～10μm/h；(4)生长完成后，关闭氧气，关闭衬底加热丝，缓慢降温到100℃以下取出样品。
2. 根据权利要求l所述的一种p型ZnO纳米线的制备方法，其特征是利用 化学气相沉积技术，采用砷的高蒸汽压化合物为掺杂源，砷的化合物 可以是砷化铟、砷化镓及砷化锌等一种或几种混合物来制备砷掺杂p 型ZnO纳米线。
3. 根据权利要求1所述的一种p型ZnO纳米线的制备方法，其特征是所说的衬底是A1203或Si或GaAs或InP或CaF2或Si02或玻璃或金属衬底。
全文摘要
一种p型ZnO纳米线的制备方法，属于半导体掺杂技术领域，本发明涉及p型ZnO纳米线的掺杂技术，特别涉及一种采用化学气相沉积技术利用砷化物作为ZnO的p型掺杂剂的掺杂技术。其特征是采用砷化物做为p型ZnO的掺杂源，利用化学气相沉积方法制备砷掺杂p型ZnO纳米线。在加热温度为400℃～700℃时，通过调节砷化物与锌摩尔比值来控制砷掺入ZnO的比例进行p型ZnO的生长。本发明的效果与益处是提供一种简便有效的制备高质量、可控性强的p型ZnO纳米线的生长技术，克服p型ZnO纳米线掺杂困难的难题，进而实现ZnO纳米线的p-n结型光电器件。
文档编号C30B29/00GK101319369SQ20081001104
公开日2008年12月10日 申请日期2008年4月15日 优先权日2008年4月15日
发明者冯秋菊, 哲 宋, 楠 张, 李梦柯 申请人:辽宁师范大学