CN101760726B - 一种B和N共掺杂ZnO薄膜的制备方法 - Google Patents
一种B和N共掺杂ZnO薄膜的制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种B和N共掺杂ZnO薄膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤：(1)选用ZnO或Si或GaAs或蓝宝石衬底材料，将其表面清洗后，放入金属有机物化学气相沉积系统的反应室中，生长室抽真空到10-4Pa，衬底温度到400℃，(2)加热反应室使其温度为400～1000℃，生长压强为40～60Torr，在衬底表面沉积ZnO缓冲层，然后在ZnO缓冲层上沉积B、N、Zn、O材料，形成Zn1-x-yBxNyO层，0.03≤x≤0.13，0.03≤y≤0.13，制备成B和N共掺杂ZnO薄膜。本发明的共掺杂B和N的ZnO薄膜表现出更好的p型特性。
Description
技术领域
本发明涉及半导体材料、发光材料技术领域，具体涉及一种B和N共掺杂ZnO薄膜的制备方法。
背景技术
ZnO具有较高的激子束缚能(60meV)，比室温热离化能(26meV)大很多，使得它在光电子器件领域具有非常巨大的潜能，如：短波发光二极管、太阳能电池和其它光电器件。理论上说，具有大束缚能的激子更容易在室温下实现高效率的紫外受激辐射，因此，ZnO是适合制作短波光学器件和高频电子器件等新型器件的材料之一。ZnO掺杂不同元素能够产生比较好的发光效果，但是ZnO化合物制备成发光器件时，其最大的难点是p型薄膜制备，利用有效地方法生长p型薄膜，改善p型薄膜光电特性，将促进ZnO发光器件的发展。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处，提供一种B和N共掺杂ZnO薄膜的制备方法。通过该方法制备的ZnO薄膜具有p型化学稳定性好，杂质掺杂浓度高。
本发明采用的技术方案是：一种B和N共掺杂ZnO薄膜的制备方法，包括：选用ZnO或Si或GaAs或蓝宝石衬底材料，将其表面清洗后，放入金属有机物化学气相沉积系统的反应室中，生长室抽真空到10-4Pa，衬底温度到400℃，加热反应室400～1000℃，生长压强为40～60Torr，在衬底表面沉积ZnO缓冲层，然后在ZnO缓冲层上沉积B、N、Zn、O材料，Zn1-x-yBxNyO(0.03≤x≤0.13，0.03≤y≤0.13)，其中B的掺杂比例x和N的掺杂比例y数值，决定了ZnO薄膜的晶体质量，合适的比例数值可以得到最佳效果，通过调整参数和利用MOCVD系统技术，就可以制备成B和N共掺杂ZnO薄膜。
本发明的B和N共掺杂ZnO薄膜，基于密度泛函理论进行ZnO中掺杂B和N元素的实验模拟，以及实验分析，得到的比较好的结果如图2，共掺后费米能级附近的峰值有较大提高，态密度在价带的分布沿低能方向扩大，即有p型特性的明显改善。
本发明的有益效果在于：通过共掺杂B和N的ZnO薄膜，具有更小的杂质形成能，更高的化学稳定性，具有更低的受主能级，比较小的杂质电离能以及更高的空穴态密度，比较好的受主特性，因此共掺杂B和N的ZnO薄膜表现出更好的p型特性。
附图说明
图1是本发明的结构图。
在图1中，1是衬底，2是未掺杂的ZnO层，3是共掺杂B和N的ZnO层。
图2是本发明B-N共掺杂与N掺杂计算结果比较，在B-N掺杂体系中，B缺陷主要以Zn替位的形式存在，这种结构会导致ZnO的晶格常数减小，相比N掺杂，B-N共掺具有更小的杂质形成能，更高的化学稳定性，因此更加易于实现；此外，B-N共掺的ZnO具有更低的受主能级，更小的杂质电离能以及更高的空穴态密度，体现出更好的受主特性，以上结果表明，B-N共掺有利于改善ZnO的p型掺杂。
具体实施方式
根据图1，采用化学汽相淀积方法制备共掺杂B和N的ZnO薄膜，选用ZnO或Si或GaAs或蓝宝石衬底1材料，将其表面清洗后，放入金属有机物化学气相沉积系统的反应室中，生长室抽真空到10-4pa，衬底温度到400℃，加热反应室400～1000℃，生长压强为40～60Torr，采用高纯硼、氨气、二乙稀锌和氧气分别作为硼源氮源锌源和氧源，氩气作为载气，携带二乙稀锌、高纯硼进入反应室。同时，以高纯N2作为辅助下压气流，从反应室顶部引入，均匀下压的气体也可以部分消除预反应，提高薄膜生长均匀性。另外，适当调节N2的流量，还可以帮助调整反应室的压强。在衬底表面沉积100nm厚的ZnO缓冲层2，，然后在ZnO缓冲层上沉积B、N、Zn、O材料，Zn1-x-yBxNyO(0.03≤x≤0.13，0.03≤y≤0.13)，其中B的掺杂比例x和N的掺杂比例y数值，决定了ZnO薄膜的晶体质量，合适的比例数值可以得到最佳效果，通过调整参数和利用MOCVD系统技术，制备成B和N共掺杂ZnO薄膜。
Claims (1)
1.一种B和N共掺杂ZnO薄膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)选用ZnO或Si或GaAs或蓝宝石衬底材料，将其表面清洗后，放入金属有机物化学气相沉积系统的反应室中，生长室抽真空到10-4Pa，衬底温度到400℃，
(2)加热反应室使其温度为400～1000℃，生长压强为40～60Torr，在衬底表面沉积ZnO缓冲层，然后在ZnO缓冲层上沉积B、N、Zn、O材料，形成Zn1-x-yBxNyO层，0.03≤x≤0.13，0.03≤y≤0.13，制备成B和N共掺杂ZnO薄膜。
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