CN100590820C - 一种氮掺杂ZnO的受主激活方法 - Google Patents
一种氮掺杂ZnO的受主激活方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN100590820C CN100590820C CN200810010103A CN200810010103A CN100590820C CN 100590820 C CN100590820 C CN 100590820C CN 200810010103 A CN200810010103 A CN 200810010103A CN 200810010103 A CN200810010103 A CN 200810010103A CN 100590820 C CN100590820 C CN 100590820C
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- zno
- nitrogen
- annealing
- oxide
- mixes
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 67
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 34
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 230000004913 activation Effects 0.000 title claims abstract description 8
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N Nitric oxide Chemical compound O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 29
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims abstract description 26
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims abstract description 10
- 239000010408 film Substances 0.000 claims description 20
- GQPLMRYTRLFLPF-UHFFFAOYSA-N Nitrous Oxide Chemical compound [O-][N+]#N GQPLMRYTRLFLPF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 8
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 5
- ZWWCURLKEXEFQT-UHFFFAOYSA-N dinitrogen pentaoxide Chemical compound [O-][N+](=O)O[N+]([O-])=O ZWWCURLKEXEFQT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- WFPZPJSADLPSON-UHFFFAOYSA-N dinitrogen tetraoxide Chemical compound [O-][N+](=O)[N+]([O-])=O WFPZPJSADLPSON-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 claims description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 3
- 239000007858 starting material Substances 0.000 claims description 3
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 3
- MGWGWNFMUOTEHG-UHFFFAOYSA-N 4-(3,5-dimethylphenyl)-1,3-thiazol-2-amine Chemical compound CC1=CC(C)=CC(C=2N=C(N)SC=2)=C1 MGWGWNFMUOTEHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- LZDSILRDTDCIQT-UHFFFAOYSA-N dinitrogen trioxide Chemical compound [O-][N+](=O)N=O LZDSILRDTDCIQT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 2
- JCXJVPUVTGWSNB-UHFFFAOYSA-N nitrogen dioxide Inorganic materials O=[N]=O JCXJVPUVTGWSNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000001272 nitrous oxide Substances 0.000 claims description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 6
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 5
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 abstract description 5
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 abstract description 5
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 5
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract description 3
- 238000003795 desorption Methods 0.000 abstract description 3
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 abstract 1
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 239000003708 ampul Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000103 photoluminescence spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
一种氮掺杂的ZnO的受主激活方法，属于半导体材料领域，特别涉及一种采用射频等离子体金属有机物化学气相沉积(MOCVD)技术作为氮掺杂ZnO后期退火技术。本发明的目的为克服氮掺杂p型ZnO难以获得的缺点，提供一种利用射频等离子体退火技术，将氮掺杂的ZnO在氮的氧化物等离子体进行高温退火，从而获得高效稳定的p型ZnO掺杂方法。由于在气氛中形成高激活性的氮与氧，可以防止氮掺杂的ZnO中的氮逸出，同时也防止了ZnO中氧的脱附，又同时进行了氮掺杂ZnO中氮受主的激活，从而实现了p型ZnO的制备，进而可以制备出ZnO的pn结发光二极管器件。
Description
技术领域
本发明涉及p型ZnO的掺杂技术，氮掺杂p型ZnO薄膜的方法，属于半导体材料技术领域，特别涉及一种采用射频等离子体工艺作为氮掺杂ZnO后期退火激活N受主的方法。
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。但是，为了实现在光电器件上的应用，ZnO的p型掺杂问题一直是人们研究的热点。由于ZnO中存在很多本征缺陷，如Zn间隙、0空位等，使得未掺杂的ZnO成为n型半导体材料，而且这些缺陷产生强烈的自补偿效应，所以很难进行高效、稳定的p型ZnO掺杂。
而氮被认为在ZnO中是一个浅受主能级，在ZnO中进行氮的掺杂时，由于氮在ZnO中固溶度比较低，只能在较低的温度下进行掺杂，但是由于低温生长ZnO材料中本征施主缺陷较多，使得直接氮掺杂的掺杂的p型ZnO很难获得较高的质量。日本东北大学采用激光分子束方法，利用衬底温度调制技术获得了较好质量的p型ZnO薄膜，但是这种技术存在生长过程复杂、生长设备工业化移植困难等问题。
MOCVD设备是目前半导体发光外延片制备的首选设备，具有材料生长质量好、产量大、生产成本较低等优势。利用MOCVD技术可以实现氮掺杂的p型ZnO的制备，但普遍存在获得的p型ZnO薄膜电学性质较差的问题。这主要是因为由于高温生长ZnO生长质量好，但是氮在ZnO中固溶度较低。而低温生长时氮很容易掺入，但是却引入了ZnO的固有本征缺陷。为了提高p型质量，往往要对在低温条件下生长的氮掺杂ZnO进行高温退火，这样使得原本进入ZnO中的氮又会从其体内逸出，同时由于ZnO的氧解吸附效应也会降低ZnO的晶体质量。因此，这种传统的退火处理工艺中存在自我矛盾之处。获得高质量的氮掺杂的p型ZnO目前已经成为ZnO研究工作的一大热点及难点。
发明内容
本发明的目的克服目前高质量氮掺杂p型ZnO难以获得的缺点，提供一种利用射频等离子体辅助的退火技术，将氮掺杂的ZnO在氮的氧化物等离子体环境中进行高温退火，从而获得高质量的p型ZnO掺杂方法。首先高温下退火可以激活ZnO中更多的氮从而起到产生大量受主的作用。其次由于在气氛中形成高激活性的氮与氧，即可以补偿的ZnO中的氮逸出，同时也抑制了ZnO中氧的脱附。这样就实现了高质量氮掺杂p型ZnO的制备，基于这种高质量氮掺杂p型ZnO可以制备ZnO的p-n结发光二极管器件。
本发明的技术方案是：
本发明所述的p型ZnO薄膜生长使用的设备是如02100436.6专利所述的或申请号为200410011164.0专利所述的ZnO薄膜专用生长射频等离子体低压MOCVD设备。氮掺杂的p型ZnO薄膜的高温退火激活工艺步骤如下。
(1)使低温生长的氮掺杂的ZnO薄膜原位置于反应室内的生长托盘上。
(2)当反应室真空度达到10Pa以下时，即可启动反应室的涡轮分子泵。反应室的真空度达到3×10-3Pa时，停分子泵，准备退火。
(3)通入氮的氧化物气体，在真空度为10Pa～80Pa时，开启射频等离子体电源，设定功率为100～450W，开始等离子体启辉放电。
(4)加热衬底片托盘，升温到500～800℃中某一温度点，将衬底片进行热处理10～60分钟。
(5)退火完成后，缓慢降温到400℃以下时，关闭射频电源，关闭气体阀门，继续缓慢降到室温后即可取出样品。
本发明对不同浓度N掺杂的ZnO退火，通过调节氮的氧化物气体源量、射频等离子体电源功率、退火温度及退火时间来实现不同掺杂浓度的p型ZnO薄膜的制备。
说明中的氮的氧化物可以是氧化亚氮(N2O)、一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)、三氧化二氮(N2O3)、四氧化二氮(N2O4)和五氧化二氮(N2O5)中的一种或几种。
说明中的等离子体装置可以与薄膜生长设备相结合，也可以是单独的等离子体退火装置。等离子体退火装置的结构示意图见图1。
本发明的效果及益处是提供一种适合工业化生产的MOCVD设备生长氮掺杂p型ZnO薄膜的工艺方法。在利用MOCVD进行N掺杂的ZnO薄膜的制备后，可以原位进行N的激活，克服N掺杂p型ZnO制备困难的问题，解决MOCVD方法生长p型ZnO薄膜的工艺问题，进而可制备出电注入p-n结型ZnO光发电器件。
附图说明
图1为等离子体退火装置示意图。图中：1真空腔体；2气体管线；3射频线圈；4.真空泵接口；5.石英管；6.样品托盘；6.加热盘；8.样品。
图2为退火后氮掺杂ZnO的X射线衍线图样(XRD)。
具体实施方式
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1
(1)将已经制备好的氮掺杂ZnO薄膜，氮的浓度为1×1019cm-3放置在样品托盘上。
(2)当反应室真空度达到10Pa以下时，即可启动反应室的涡轮分子泵。反应室的真空度达到3×10-3Pa时，停分子泵，准备退火。
(3)通入NO2，在真空度为10Pa～80Pa时，开启射频等离子体电源，设定功率为100～450W，开始等离子体启辉放电。
(4)加热衬底片托盘，升温到500～800℃中某一温度点，将衬底片进行热处理10～60分钟。
(5)退火完成后，缓慢降温到400℃以下时，关闭射频电源，关闭气体阀门，继续缓慢降到室温后即可取出样品。
制备出的p型ZnO薄膜的电阻率在0.1Ω.cm～1000Ω.cm之间，载流子浓度在1015～1018cm-3之间。
上述方法制备出的ZnO薄膜的光致发光谱如图2所示，具有很强的带边发射峰，表明本发明方法制得的氮掺杂的p型ZnO薄膜具有良好的结晶质量。
实施例2
这种工艺方法和实例1的步骤大体相同，所不同之处是采用的氮的氧化物为NO。
实施例3
这种工艺方法与实施例1的步骤相同，所不同之处是采用的氮的氧化物为N2O。
Claims (3)
1.一种氮掺杂ZnO的受主激活方法，其特征是步骤如下：
利用射频等离子体设备来对N掺杂ZnO薄膜进行处理来激活N受主杂质从而获得高质量p型ZnO薄膜的方法；将N掺杂的ZnO在N的氧化物的等离子体气氛中进行高温(500～800℃)退火处理，从而实现高质量的p型N掺杂的ZnO的制备；本发明对不同N掺杂浓度的ZnO退火，通过调节氮的氧化物气体源量、射频等离子体电源功率、退火温度及退火时间来实现不同掺杂浓度的p型ZnO薄膜的制备；
(1)将低温生长的N掺杂的ZnO薄膜原位放置于衬底片托盘上；
(2)当反应室真空度达到10Pa以下时，即可启动反应室的涡轮分子泵；反应室的真空度达到3×10-3Pa时，停分子泵，准备退火；
(3)通入N的氧化物气体，在真空度为10Pa～80Pa时，开启射频等离子体电源，设定功率为100～450W，开始等离子体启辉放电；
(4)加热N掺杂的ZnO薄膜，升温到500～800℃中某一温度点，将N掺杂的ZnO薄膜进行热处理10～60分钟；
(5)退火完成后，缓慢降温到400℃以下时，关闭射频电源，关闭气体阀门，继续缓慢降到室温后即可取出处理后的N掺杂的ZnO薄膜。
2.根据权利要求1所述的一种氮掺杂的ZnO的受主激活方法，其特征是所说的N的氧化物是氧化亚氮(N2O)、一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)、三氧化二氮(N2O3)、四氧化二氮(N2O4)和五氧化二氮(N2O5)的一种或几种混合物。
3.根据权利要求1所述的一种氮掺杂的ZnO的受主激活方法，其特征是采用射频等离子体发生器将氮的氧化物离化后，对N掺杂的ZnO在高温(500～800℃)处理。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN200810010103A CN100590820C (zh) | 2008-01-13 | 2008-01-13 | 一种氮掺杂ZnO的受主激活方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN200810010103A CN100590820C (zh) | 2008-01-13 | 2008-01-13 | 一种氮掺杂ZnO的受主激活方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101236906A CN101236906A (zh) | 2008-08-06 |
| CN100590820C true CN100590820C (zh) | 2010-02-17 |
Family
ID=39920410
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN200810010103A Expired - Fee Related CN100590820C (zh) | 2008-01-13 | 2008-01-13 | 一种氮掺杂ZnO的受主激活方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN100590820C (zh) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2985368B1 (fr) * | 2012-01-04 | 2015-05-22 | Total Sa | Procede de production a basse temperature de nanostructures semi-conductrices a jonction radiale, dispositif a jonction radiale et cellule solaire comprenant des nanostructures a jonction radiale |
| CN104822219B (zh) | 2015-05-18 | 2017-09-19 | 京东方科技集团股份有限公司 | 等离子发生器、退火设备、镀膜结晶化设备及退火工艺 |
| CN105261708B (zh) * | 2015-09-21 | 2017-03-01 | 长安大学 | 一种ZnO/PVK‑TFB杂化LED及其制备方法 |
| CN108538714B (zh) * | 2018-04-19 | 2021-06-15 | 中国电子科技集团公司第十三研究所 | p型Ⅲ族氮化物材料的制备方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20040108505A1 (en) * | 2002-09-16 | 2004-06-10 | Tuller Harry L. | Method for p-type doping wide band gap oxide semiconductors |
| US20040175860A1 (en) * | 2003-03-07 | 2004-09-09 | Kwangju Institute Of Science And Technology | Method for manufacturing zinc oxide semiconductors |
| CN1738001A (zh) * | 2005-07-19 | 2006-02-22 | 大连理工大学 | 一种p型ZnO薄膜的金属有机物化学气相沉积制备方法 |
-
2008
- 2008-01-13 CN CN200810010103A patent/CN100590820C/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20040108505A1 (en) * | 2002-09-16 | 2004-06-10 | Tuller Harry L. | Method for p-type doping wide band gap oxide semiconductors |
| US20040175860A1 (en) * | 2003-03-07 | 2004-09-09 | Kwangju Institute Of Science And Technology | Method for manufacturing zinc oxide semiconductors |
| CN1738001A (zh) * | 2005-07-19 | 2006-02-22 | 大连理工大学 | 一种p型ZnO薄膜的金属有机物化学气相沉积制备方法 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| Production of nitrogen acceptors in ZnO by thermal annealing. N. Y. Garces, N. C. Giles, and L. E. Halliburton.Applied Physics Letters,Vol.80 No.8. 2002 |
| Production of nitrogen acceptors in ZnO by thermal annealing. N.Y.Garces,N.C.Giles,and L.E.Halliburton.Applied Physics Letters,Vol.80 No.8. 2002 * |
| 用等离子体增强的化学汽相沉积的方法制备高质量ZnO薄膜. 李炳生，刘益春等.《功能材料》增刊. 2001 |
| 用等离子体增强的化学汽相沉积的方法制备高质量ZnO薄膜. 李炳生，刘益春等.《功能材料》增刊. 2001 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101236906A (zh) | 2008-08-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN100590820C (zh) | 一种氮掺杂ZnO的受主激活方法 | |
| US20130200386A1 (en) | Crystallization of multi-layered amorphous films | |
| CN1870219A (zh) | 提高p型硅外延电阻率一致性的控制方法 | |
| CN109309145B (zh) | 一种p+/p/n硒化锑薄膜电池的制备方法 | |
| CN101368288B (zh) | 一种p型ZnO薄膜制造方法 | |
| CN103956319A (zh) | 一种采用激光辐照氮化镓外延片改善氮化镓电学光学性质的方法 | |
| KR100421800B1 (ko) | 아연산화물 반도체 제조 방법 | |
| CN104659174A (zh) | 一种采用激光辐照氮化镓外延片改善以其为基底的led发光性能的方法 | |
| Straub et al. | Optimisation of low-temperature silicon epitaxy on seeded glass substrates by ion-assisted deposition | |
| CN101820020B (zh) | 一种制备晶体硅太阳能电池选择性发射极的方法 | |
| EP4386874A1 (en) | Preparation method and application of crystalline silicon solar cell having shallow junction diffusion emitter | |
| CN100575546C (zh) | 一种Sb掺杂制备p型ZnO薄膜方法 | |
| CN114334651A (zh) | 一种基于超薄氮化镓自支撑衬底的hemt制备方法 | |
| CN107611005A (zh) | 一种多晶硅薄膜的制备方法及其产物和包含该多晶硅薄膜的太阳能电池 | |
| CN113206002B (zh) | 一种用于制备高均匀性的超薄氧化层的方法 | |
| CN101540346B (zh) | 多晶硅薄膜太阳能电池的制造方法 | |
| Soga et al. | Hydrogen plasma passivation of GaAs on Si substrates for solar cell fabrication | |
| CN100540756C (zh) | 用n型氧化锌制备p型氧化锌薄膜的方法 | |
| CN114284154A (zh) | 一种基于共注的Ga2O3的P型掺杂方法 | |
| CN102254997A (zh) | 利用等离子体浸没离子注入技术制备p型ZnO薄膜的方法 | |
| CN109742649B (zh) | 一种基于碳保护膜的半导体激光器外延片的退火方法 | |
| CN105047534A (zh) | P型GaN层及LED外延结构的制备方法 | |
| CN102496578A (zh) | 一种以锂氮双受主共掺方式制备p型氧化锌基薄膜的方法 | |
| US20190273174A1 (en) | Process for treating a heterojunction photovoltaic cell | |
| CN102569567A (zh) | 氮化物led外延结构的生长方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20100217 Termination date: 20130113 |