CN100540756C - 用n型氧化锌制备p型氧化锌薄膜的方法 - Google Patents

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Abstract

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。

Description

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n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。
背景技术
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n型和p型氧化锌材料。由于ZnO本身的性质，使得在不掺杂的情况下就可以很容易地获得n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p型掺杂，同时由于N与O的离子半径相近(Zn-O
Figure C20071005618900031
Zn-N
Figure C20071005618900032
)，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n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(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℃；
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。
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n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100℃，衬底温度由铂-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1.8×1016cm-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n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150℃，衬底温度由铂-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1h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1.6×1016cm-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n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℃，衬底温度由铂-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2h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2.2×1016cm-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700℃退火2h，得到的样品导电类型为p型，载流子浓度为3.7×1017cm-3。
实施例5
本实施例对用电化学方法生长的n型ZnO薄膜进行后处理。
其它条件同实施例1，只是样品换为用电化学方法生长的n型ZnO薄膜。时间为1h，输入功率仍为10W。得到的样品导电类型为p型，载流子浓度为3.7×1016cm-3。

Claims (1)

1.一种用n型氧化锌薄膜制备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型氧化锌薄膜衬底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。
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