CN101671842A - 退火生长Na-N共掺p型ZnO晶体薄膜的方法 - Google Patents

退火生长Na-N共掺p型ZnO晶体薄膜的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN101671842A
CN101671842A CN200910153698A CN200910153698A CN101671842A CN 101671842 A CN101671842 A CN 101671842A CN 200910153698 A CN200910153698 A CN 200910153698A CN 200910153698 A CN200910153698 A CN 200910153698A CN 101671842 A CN101671842 A CN 101671842A
Authority
CN
China
Prior art keywords
annealing
doping
target
film
growth
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.)
Granted
Application number
CN200910153698A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101671842B (zh
Inventor
叶志镇
林兰
龚丽
吕建国
赵炳辉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhejiang University ZJU
Original Assignee
Zhejiang University ZJU
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhejiang University ZJU filed Critical Zhejiang University ZJU
Priority to CN200910153698XA priority Critical patent/CN101671842B/zh
Publication of CN101671842A publication Critical patent/CN101671842A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101671842B publication Critical patent/CN101671842B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)

Abstract

本发明公开的退火生长Na－N共掺p型ZnO薄膜的方法，先以Na2O－ZnO陶瓷靶为靶材，靶材中钠的摩尔含量为0.5％，以纯N2O和纯Ar为溅射气氛，采用射频反应磁控溅射法，在1Pa～5Pa压强下生长，生长结束后，将薄膜在N2O气氛下退火。本发明可以实现受主Na－N的实时掺杂，与施主－受主元素共掺相比，Na－N双受主元素共掺更容易形成受主或受主复合体，后续的在N2O保护下退火能有效地改善薄膜的电学性质和晶体质量。

Description

退火生长Na-N共掺p型ZnO晶体薄膜的方法
技术领域
本发明涉及p型ZnO晶体薄膜的生长方法，尤其是退火生长Na-N共掺p型ZnO晶体薄膜的方法。
背景技术
ZnO是一种直接带隙宽禁带半导体，室温下禁带宽度为3.37eV，激子束缚能为60meV，使得ZnO在紫外探测器、LDs、LEDs等光电器件上的应用前景十分光明。制备可控的n型和p型ZnO晶体薄膜是实现ZnO基光电器件应用的关键。目前，人们对于n型ZnO晶体薄膜的研究已经比较充分，通过掺杂Al、Ga、In等施主元素，已经能够获得具有优异性能的n型ZnO晶体薄膜。然而，ZnO的p型掺杂却遇到诸多困难，这主要是由于受主掺杂元素在ZnO中的固溶度很低，受主能级一般很深，而且ZnO本身存在着诸多本征施主缺陷(如间隙锌Zni和空位氧VO)，对受主会产生高度的自补偿效应。如何实现具有优异性能的p型ZnO薄膜的实时掺杂已成为目前制约ZnO基光电器件发展的一个瓶颈。
目前国际上所报道p-ZnO的掺杂元素主要集中在单受主掺杂，例如Li、N、P、As、Sb等，或者将III-V族元素进行施主-受主掺杂，例如Al-N、Ga-N、In-N、Li-N共掺等。在Li-N共掺时，由于Li原子半径比较小，容易占据间隙位置而成为施主。相对于Li而言，Na原子半径较大，不易形成Nai、NaZn-Nai、NaZn-H复合体，但目前还没有关于Na-N共掺的报道。
发明内容
本发明的目的是为了进一步改进双受主元素共掺的薄膜性能，提供一种退火生长Na-N共掺p型ZnO晶体薄膜的方法。
本发明的退火生长Na-N共掺p型ZnO薄膜的方法，采用的是射频反应磁控溅射法，步骤如下：
将衬底清洗后放入射频反应磁控溅射装置的反应室中，反应室真空度抽到至少2.5×10-3Pa，以Na2O-ZnO陶瓷靶为靶材，靶材中钠的摩尔含量为0.5％，以纯N2O和纯Ar为溅射气氛，将两种气体分别由质量流量计控制输入真空反应室，N2O和Ar的分压比为60∶40～80∶20，衬底温度为450～550℃，溅射功率为300W，在1Pa～5Pa压强下生长，生长结束后，将薄膜在N2O气氛下退火，其中退火压强为10Pa，退火时间为20～60min，退火温度为400～500℃。
上述的衬底可以是石英或玻璃。
本发明中，N2O作为氮源及氧源，Ar作为辅助溅射气氛。溅射过程中，溅射原子(含有Zn、Na、O原子)与N2O发生反应，在衬底上沉积生成Na-N共掺的ZnO晶体薄膜，其中，N2O和Ar的分压比根据掺杂浓度调节，生长时间由所需膜厚决定。生长结束后，将薄膜在N2O气氛下退火，能有效地改善薄膜的电学性质和晶体质量。
本发明的优点是：
1)在ZnO晶体薄膜生长过程中可以实现受主Na-N的实时掺杂；
2)p型掺杂浓度可以通过调节生长气氛中N2O和Ar的分压比来控制；
3)与施主-受主元素共掺相比，Na-N双受主元素共掺更容易形成受主或受主复合体；
4)后续的在N2O保护下退火能有效地改善薄膜的电学性质和晶体质量。
附图说明
图1是p型ZnO晶体薄膜的x射线衍射(XRD)图谱；图中(a)为未退火，(b)为退火后。
具体实施方式
以下通过实例对本发明作进一步的说明。
实例1：先将衬底(玻璃)经过清洗后放入真空反应室的样品托盘上，衬底欲溅射表面朝下放置，有效防止颗粒状的杂质对衬底的玷污，反应室真空度抽至2.5×10-3Pa，以Na2O-ZnO陶瓷靶为靶材，靶材中钠的摩尔含量为0.5％，将靶材置于靶头上，以纯N2O(纯度99.99％)和纯Ar(纯度99.99％)作为溅射气氛，将两种气体分别经质量流量计进入真空反应室，N2O和Ar的分压比为N2O∶Ar＝70∶30，溅射功率为300W，衬底温度为500℃，在3Pa压强下生长，生长时间为30min。生长结束后，将薄膜在N2O气氛下退火，其中退火压强为10Pa，退火时间为30min，退火温度为450℃，制得的薄膜厚度约为250nm。
本例制得的Na-N共掺p型ZnO晶体薄膜的x射线衍射(XRD)图谱，见图1，退火前后仅有ZnO(002)衍射峰，而没有出现与Na、N相关相的衍射峰，说明薄膜具有良好的c轴择优取向性，退火后(002)峰的峰强增大，2θ值增大，半高宽变小。表明本发明方法制得的Na-N共掺p型ZnO晶体薄膜具有良好的结晶性能。
该Na-N共掺p型ZnO晶体薄膜具有良好的室温电学性能，电阻率为139.2Ωcm，空穴浓度为2.5×1017cm-3，霍尔迁移率为0.2cm2/V.s，并且放置两个星期后电学性能无明显变化。
实例2：
步骤同实例1，区别在于衬底为石英，1Pa压强下生长，退火温度为500℃。本例制得的Na-N共掺p型ZnO晶体薄膜电阻率为1990Ωcm，空穴浓度为7.62×1015cm-3，霍尔迁移率为0.4cm2/V.s，并且放置两个星期后电学性能无明显变化。
实例3：
步骤同实例1，区别在于N2O和Ar的分压比为N2O∶Ar＝60∶40，1Pa压强下生长。本例制得的Na-N共掺p型ZnO晶体薄膜电阻率为222.5Ωcm，空穴浓度为4.2×1016cm-3，霍尔迁移率为0.7cm2/V.s，并且放置两个星期后电学性能无明显变化。

Claims (2)

1.退火生长Na-N共掺p型ZnO晶体薄膜的方法，其特征是：将衬底清洗后放入射频反应磁控溅射装置的反应室中，反应室真空度抽到至少2.5×10-3Pa，以Na2O-ZnO陶瓷靶为靶材，靶材中钠的摩尔含量为0.5％，以纯N2O和纯Ar为溅射气氛，将两种气体分别由质量流量计控制输入真空反应室，N2O和Ar的分压比为60∶40～80∶20，衬底温度为450～550℃，溅射功率为300W，在1Pa～5Pa压强下生长，生长结束后，将薄膜在N2O气氛下退火，其中退火压强为10Pa，退火时间为20～60min，退火温度为400～500℃。
2.根据权利要求1所述的退火生长Na-N共掺p型ZnO晶体薄膜的方法，其特征是所说的衬底是石英或玻璃。
CN200910153698XA 2009-10-26 2009-10-26 退火生长Na-N共掺p型ZnO晶体薄膜的方法 Expired - Fee Related CN101671842B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN200910153698XA CN101671842B (zh) 2009-10-26 2009-10-26 退火生长Na-N共掺p型ZnO晶体薄膜的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN200910153698XA CN101671842B (zh) 2009-10-26 2009-10-26 退火生长Na-N共掺p型ZnO晶体薄膜的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101671842A true CN101671842A (zh) 2010-03-17
CN101671842B CN101671842B (zh) 2011-07-20

Family

ID=42019251

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN200910153698XA Expired - Fee Related CN101671842B (zh) 2009-10-26 2009-10-26 退火生长Na-N共掺p型ZnO晶体薄膜的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN101671842B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102496578A (zh) * 2011-12-07 2012-06-13 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 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
CN102492928A (zh) * 2011-12-23 2012-06-13 杭州电子科技大学 一种双受主共掺杂生长p-(K-N):ZnO薄膜的方法
CN103103479A (zh) * 2013-01-31 2013-05-15 浙江大学 一种硫氮共掺杂制备p型氧化锌薄膜的方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6624441B2 (en) * 2002-02-07 2003-09-23 Eagle-Picher Technologies, Llc Homoepitaxial layers of p-type zinc oxide and the fabrication thereof
CN1601710A (zh) * 2004-09-30 2005-03-30 浙江大学 Ar气保护下生长N－Al共掺杂p型ZnO晶体薄膜的方法
CN1328418C (zh) * 2005-10-26 2007-07-25 浙江大学 Li掺杂生长p型ZnO晶体薄膜的方法
CN100582321C (zh) * 2007-11-09 2010-01-20 浙江大学 Na掺杂生长p型ZnO晶体薄膜的方法

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102496578A (zh) * 2011-12-07 2012-06-13 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 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
CN102492928A (zh) * 2011-12-23 2012-06-13 杭州电子科技大学 一种双受主共掺杂生长p-(K-N):ZnO薄膜的方法
CN102492928B (zh) * 2011-12-23 2013-09-04 杭州电子科技大学 一种双受主共掺杂生长p-(K-N):ZnO薄膜的方法
CN103103479A (zh) * 2013-01-31 2013-05-15 浙江大学 一种硫氮共掺杂制备p型氧化锌薄膜的方法
CN103103479B (zh) * 2013-01-31 2015-06-24 浙江大学 一种硫氮共掺杂制备p型氧化锌薄膜的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN101671842B (zh) 2011-07-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Frantz et al. Cu (In, Ga) Se2 thin films and devices sputtered from a single target without additional selenization
CN103456603B (zh) 在镓系异质半导体衬底上制备氧化镓膜的方法及氧化镓膜
CN101768728A (zh) 一种磁控溅射掺杂ZnO基薄膜的制备方法
CN103531660B (zh) 一种In掺杂硫化锌薄膜及其制备方法和应用
CN102751318B (zh) 一种ZnO同质pn结及其制备方法
CN101671842B (zh) 退火生长Na-N共掺p型ZnO晶体薄膜的方法
CN102534767B (zh) Na掺杂生长p型ZnO单晶薄膜的方法
CN1328418C (zh) Li掺杂生长p型ZnO晶体薄膜的方法
CN109957759A (zh) Cu掺杂β-Ga2O3薄膜的制备方法及相应的结构
CN102719893B (zh) p型氧化锌材料的制备方法
Sberna et al. Sputtered cuprous oxide thin films and nitrogen doping by ion implantation
CN102226264B (zh) 一种硫掺杂生长带隙可调的ZnSO合金薄膜的方法
Bronzoni et al. Role of substrate temperature on the structural, morphological and optical properties of CuGaSe2 thin films grown by Pulsed Electron Deposition technique
Vallejo et al. Synthesis and characterization of Zn (O, OH) S and AgInS2 layers to be used in thin film solar cells
KR101482786B1 (ko) 산화인듐을 이용한 ｃｉｇｓ 광흡수층 제조방법
CN105047736B (zh) 一种铜铟镓硒薄膜太阳电池无镉缓冲层材料的制备方法
CN101538734B (zh) Si衬底上生长Zn1-xMgxO晶体薄膜的方法
Yang et al. Effects of Oxygen Flow Rates on the Physical Characteristics of Magnetron Sputtered Single-Phase Polycrystalline Cu 2 O Films
CN103695866A (zh) 采用简单化学气相沉积法制备Sb掺杂p型ZnO薄膜的方法
CN103031597A (zh) Na-Be共掺生长p-ZnO薄膜的方法
CN106711201B (zh) 一种p型CrMCuO非晶氧化物半导体薄膜及其制备方法
CN202721169U (zh) 一种铜铟镓硒太阳能电池
CN103060757B (zh) Li掺杂生长p型透明导电Ni1-xMgxO晶体薄膜的方法
CN101235483A (zh) 利用直流反应磁控溅射制备p-ZnMgO薄膜的方法
CN106711195B (zh) 一种p型ZnMSnO非晶氧化物半导体薄膜及其制备方法

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
C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20110720

Termination date: 20131026