CN1772974A - 一种Li－N共掺杂生长p型ZnO晶体薄膜的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的Li－N共掺杂生长p型ZnO晶体薄膜的方法采用的是脉冲激光沉积法，以高纯N2O为生长气氛，在反应室中电离，N2O为氮掺杂源，在10～20Pa的压强下，以ZnO－Li2O高纯陶瓷片为靶材，在衬底上沉积生成Li－N共掺杂的p型ZnO晶体薄膜。本发明方法在ZnO晶体薄膜生长过程中可以同时实现Li、N的共同实时掺杂，通过调节靶材中Li2O的含量、生长气氛中N2O的压强和电离电压、激光束能量和激光脉冲频率可以调节p型掺杂浓度，制得的p－ZnO薄膜具有良好p型传导特性，电学性能，重复性和稳定性。

Description

一种Li-N共掺杂生长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Li-N共掺杂生长p型ZnO晶体薄膜的方法。
背景技术
要实现ZnO基器件的应用，制备可控的n型和p型ZnO透明导电晶体薄膜是必须的。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III价元素，已经能够实现实时、浓度可控的n型ZnO晶体薄膜的生长，具有优异的性能。然而，由于ZnO受主掺杂元素在ZnO中的固溶度很低，受主能级一般很深，空穴不易于热激发进入价带，而且ZnO本身存在诸多的本征施主缺陷，如间隙锌Zni和空位氧VO，对受主产生高度自补偿作用，这些因素使ZnO的p型掺杂变得异常困难，成为制约ZnO开发应用的瓶颈。
N是最好的受主掺杂元素，在ZnO中能够产生浅受主能级，是最有可能实现ZnO良好p型传导的一种技术。目前已有许多N掺杂生长p型ZnO晶体薄膜的报道，但是得到的N掺杂p型薄膜存在一些问题，一是p型传导的可重复性和稳定性不高，二是p型传导的可控性不高。
Li也是一种受主掺杂元素，在ZnO中替代Zn的晶格位置能够产生浅受主能级，但是Li由于其尺寸较小，易于占据间隙位置作为施主存在，因而单独掺Li由于其自补偿效应，一般得到的是高阻ZnO晶体薄膜，难以获得性能良好的p型ZnO晶体薄膜。
发明内容
本发明的目的是为克服上述p型晶体薄膜中存在的问题，利用Li和N各自的特点，提供一种Li-N共掺杂生长p型ZnO晶体薄膜的方法。
本发明的Li-N共掺杂生长p型ZnO晶体薄膜的方法，采用的是脉冲激光沉积法，包括以下步骤：
将衬底清洗后放入激光脉冲沉积装置的反应室中，反应室真空度抽到至少5×10-4Pa，以Li2O的质量百分含量为0.05～1.5％的ZnO-Li2O陶瓷片为靶材，以纯N2O为生长气氛，在反应室中电离，在气体压强为10～20Pa，衬底温度为400～600℃下，进行沉积生长。
本发明中，激光脉冲沉积的激光束能量为200～400mJ，激光脉冲频率为1～7Hz。所说的衬底可以是硅或蓝宝石或石英或玻璃；N2O纯度为99.99％以上；N2O电离电压为0.1～1.5kV。
ZnO晶体薄膜生长的时间由所需的厚度决定；N2O气体的压强以及靶材中Li2O的含量根据掺杂浓度调节。
本发明以N2O气体作为氮掺杂源，靶材中的Li2O作为Li掺杂源。沉积过程中，含有Zn、Li的剥离原子与N2O发生反应，生成Li-N共掺杂的p型ZnO晶体薄膜。Li和N均为ZnO的受主掺杂元素，Li的离子半径小于Zn，N的离子半径大于O，在Li-N共掺ZnO晶体薄膜中，Li占据Zn的晶格位置，N占据O的晶格位置，Li和N相互影响，其一，由于N较大的离子半径，使Li更多地占据Zn的晶格位置，减少Li在间隙位置的存在，从而使Li更能有效地作为受主而存在；其二，Li和N的相互作用能够减少N原子互相结合生成N2的可能性，而N2占据O的晶格位置会成为浅施主，弱化N的受主掺杂效果；其三，Li和N的相互作用使Li和N均能够稳定地存在于ZnO中，提高p型ZnO晶体薄膜的稳定性。
本发明的有益效果在于：
1)可以实现实时掺杂，在ZnO晶体薄膜生长过程中同时实现Li、N的共同掺杂；
2)p型掺杂浓度可以通过调节靶材中Li2O的含量、生长气氛中N2O的压强和电离电压、激光束能量和激光脉冲频率来控制；
3)利用Li和N的相互作用，可以提高Li和N的有效受主掺杂效果，使Li-N共掺杂的ZnO晶体薄膜具有良好的p型传导特性；
4)利用Li和N的相互作用，可以使Li和N作为受主态在ZnO中稳定存在，使Li-N共掺杂的p型ZnO晶体薄膜具有良好的可重复性和稳定性。
附图说明
图1是根据本发明方法采用的脉冲激光沉积装置示意图。图中1为KrF准分子激光器；2为N2O气体的进气阀门；3为质量流量计；4为自动压强控制仪；5为N2O的电离系统；6为靶材转动系统；7为观察窗；8为机械泵和分子泵；9为衬底转动系统；10为聚焦镜(F＝600mm)；11为反射镜(R＝95％)；12为靶材架；13为生长过程中的羽辉；14为样品架；15为加热器，16为热电偶；
图2是实施例制得的p型ZnO晶体薄膜的x射线衍射(XRD)图谱；
图3是实施例制得的p型ZnO晶体薄膜的光学透射谱。
图4是实施例制得的p型ZnO晶体薄膜的室温光致发光(PL)谱。
具体实施方式
以下结合附图通过实例对本发明作进一步的说明。
将石英衬底经过清洗后放入反应室样品架14上，反应室真空度抽至3×10-4Pa，以Li2O质量百分含量为0.1％的ZnO-Li2O陶瓷片为靶材，将靶材置于靶材架12上，以纯度99.99％的N2O作为生长气氛，经进气阀门2进入真空反应室，真空室内的压强由自动压强控制仪4控制，压强为15Pa，N2O的电离电压为0.3kV。衬底由加热器15加热，本例的衬底温度为450℃。在300mJ的激光束能量和3Hz的激光脉冲频率下开始沉积生长，生长时间30min，在衬底上生成Li-N共掺的p型ZnO晶体薄膜。
制得的Li-N共掺杂p型ZnO晶体薄膜的室温电学性能，如表1所示，载流子浓度为1.22×1018cm-3，电阻率3.39Ωcm，载流子迁移率1.28cm2/V·s，显示具有良好的p型传导特性。
表1
  电阻率(Ωcm)   载流子迁移率(cm2/V·s) 载流子浓度(cm-3)   导电类型
  3.39   1.28 1.22×1018   p
上述实例制得的薄膜的x射线衍射(XRD)图谱，见图2，只有ZnO的(002)衍射峰出现，该峰的半高宽FWHM为0.21°，显示本发明方法制得的Li-N共掺杂p型ZnO晶体薄膜具有良好的结晶性能；
图3所示是上述薄膜的光学透射谱。由图可见，在可见光区域的透射率高达90％左右，在390nm处有一很陡的基本吸收边，显示本发明方法制得的Li-N共掺杂p型ZnO晶体薄膜具有良好的光学性能。
图4所示是上述薄膜的室温PL谱。由图可见，在383nm处有一很强的紫外辐射峰，该峰是与受主相关的激子引起的近边辐射，在PL谱中占据主导地位，显示本发明方法制得的Li-N共掺杂p型ZnO晶体薄膜具有优异的薄膜质量和光学特性。

Claims (5)

1.Li-N共掺杂生长p型ZnO晶体薄膜的方法，其特征是：将衬底清洗后放入激光脉冲沉积装置的反应室中，反应室真空度抽到至少5×10-4Pa，以Li2O的质量百分含量为0.05～1.5％的ZnO-Li2O陶瓷片为靶材，以纯N2O为生长气氛，在反应室中电离，在气体压强为10～20Pa，衬底温度为400～600℃下，进行沉积生长。
2.根据权利要求1所述的Li-N共掺杂生长p型ZnO晶体薄膜的方法，其特征是激光脉冲沉积的激光束能量为200～400mJ，激光脉冲频率为1～7Hz。
3.根据权利要求1所述的Li-N共掺杂生长p型ZnO晶体薄膜的方法，其特征是N2O电离电压为0.1～1.5kV。
4.根据权利要求1所述的Li-N共掺杂生长p型ZnO晶体薄膜的方法，其特征是所说的衬底是硅或蓝宝石或石英或玻璃。
5.根据权利要求1所述的Li-N共掺杂生长p型ZnO晶体薄膜的方法，其特征是所说的N2O纯度为99.99％以上。
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100432302C (zh) * 2007-01-29 2008-11-12 浙江大学 Sb掺杂的p型ZnO晶体薄膜的制备方法
CN101148781B (zh) * 2007-07-27 2010-07-28 北京大学 一种氧化锌铁电薄膜的制备方法
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
CN111081825A (zh) * 2019-12-20 2020-04-28 浙江大学 一种msm型日盲紫外探测器的制备方法
CN112233973A (zh) * 2020-09-22 2021-01-15 南方科技大学 一种调控宽禁带半导体材料缺陷及掺杂特性的方法
CN114875380A (zh) * 2022-05-05 2022-08-09 厦门理工学院 一种提升p型含氧金属化合物薄膜迁移率的方法
CN115506009A (zh) * 2022-09-06 2022-12-23 哈尔滨工业大学（深圳） 一种原位氮掺杂外延氧化物单晶薄膜的制备方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1265434C (zh) * 2003-11-04 2006-07-19 浙江大学 一种制备p型ZnO晶体薄膜的方法
CN1258804C (zh) * 2003-11-04 2006-06-07 浙江大学 一种实时掺氮生长p型氧化锌晶体薄膜的方法

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100432302C (zh) * 2007-01-29 2008-11-12 浙江大学 Sb掺杂的p型ZnO晶体薄膜的制备方法
CN101148781B (zh) * 2007-07-27 2010-07-28 北京大学 一种氧化锌铁电薄膜的制备方法
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
CN111081825A (zh) * 2019-12-20 2020-04-28 浙江大学 一种msm型日盲紫外探测器的制备方法
CN112233973A (zh) * 2020-09-22 2021-01-15 南方科技大学 一种调控宽禁带半导体材料缺陷及掺杂特性的方法
CN112233973B (zh) * 2020-09-22 2022-03-22 南方科技大学 一种调控宽禁带半导体材料缺陷及掺杂特性的方法
CN114875380A (zh) * 2022-05-05 2022-08-09 厦门理工学院 一种提升p型含氧金属化合物薄膜迁移率的方法
CN114875380B (zh) * 2022-05-05 2023-05-23 厦门理工学院 一种提升p型含氧金属化合物薄膜迁移率的方法
CN115506009A (zh) * 2022-09-06 2022-12-23 哈尔滨工业大学（深圳） 一种原位氮掺杂外延氧化物单晶薄膜的制备方法

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