ES2294858T3 - Peliculas de oxido de cincq que contienen dopante de tipo p y proceso par prepararlas. - Google Patents

Peliculas de oxido de cincq que contienen dopante de tipo p y proceso par prepararlas. Download PDF

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Abstract

Una película de ZnO sobre un sustrato, conteniendo la película de ZnO un dopante de tipo p y teniendo una concentración neta de aceptores de al menos 1015 aceptores/cm3, una resistividad no mayor de 1 ohm-cm, y una movilidad de Hall comprendida entre 0, 1 y 50 cm2/Vs.

Description

Películas de óxido de cinc que contienen dopante de tipo p y proceso para prepararlas.
Antecedentes de la invención
Esta invención se refiere a películas de óxido de cinc (ZnO) para uso en dispositivos excitados eléctricamente tales como dispositivos de emisión de luz (LED), diodos láser (LD), transistores de efecto de campo (FET) y fotodetectores. Más particularmente, esta invención se refiere a películas de ZnO que contienen un dopante de tipo p para uso en LED, LD, FET y fotodectores donde se requieren tanto materiales de tipo n como materiales de tipo p, para uso como un material de sustrato para redes que se ajustan a otros materiales en estos dispositivos y para uso como una capa para acoplar cables eléctricos.
Durante algún tiempo, ha habido cierto interés en producir semiconductores de banda prohibida ancha de compuestos II-VI para producir LED verdes/azules, LD y otros dispositivos eléctricos. Históricamente, las tentativas de producir estos dispositivos se han centrado en tecnologías basadas en seleniuro de cinc (ZnSe) o nitruro de galio (GaN). Sin embargo, estas estrategias no han sido totalmente satisfactorias debido a la corta duración de la emisión de luz debido a los defectos y a la migración defectuosa que tiene lugar en estos dispositivos.
Recientemente, como el ZnO tiene una banda prohibida directa ancha de 3,3 eV a temperatura ambiente y proporciona una intensa fuente de emisión de luz ultravioleta, se han propuesto películas finas de ZnO sobre sustratos de soporte adecuados como nuevos materiales para dispositivos emisores de luz y diodos láser. Las películas de ZnO no dopadas, así como las dopadas, generalmente muestran una conducción de tipo n. Se han estudiado impurezas tales como aluminio y galio en películas de ZnO por Hiramatsu et al., que han notificado la presencia de actividad como donadores de tipo n (Transparent Conduction Zinc Oxide Thin Films Prepared by XeCl excimer Laser Ablation, J. Vac. Sci. Technol. A 16 (2), Marzo/Abril de 1998). Aunque desde hace algún tiempo se dispone de películas de ZnO de tipo n, el desarrollo de películas de ZnO de tipo p, necesarias para construir muchos dispositivos eléctricos que requieren uniones p-n, ha tenido un desarrollo mucho más lento hasta la fecha.
Minegishi et al. (Growth of P-Type ZnO Films by Chemical Vapor Deposition, Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 36 Pt. 2, Nº 11A (1997)) han informado recientemente sobre el desarrollo de películas de ZnO dopadas con nitrógeno mediante deposición química de vapor y sobre la conducción de tipo p de películas de ZnO a temperatura ambiente. Minegishi et al. describen el desarrollo de películas de ZnO de tipo p sobre un sustrato de zafiro mediante la adición simultánea de NH_{3} en hidrógeno como soporte y un exceso de Zn en polvo de ZnO original. Cuando se usó una relación Zn/ZnO del 10% en moles, la espectrometría de masas de iones secundarios (SIMS) confirmó la incorporación de nitrógeno en la película de ZnO, aunque la concentración de nitrógeno no se confirmó de forma precisa. Aunque las películas preparadas por Minegishi et al. usando una relación Zn/ZnO del 10% en moles parecen incorporar una pequeña cantidad de nitrógeno en la película de ZnO y convertir la conducción en tipo p, la resistividad de estas películas es demasiado elevada para la aplicación en dispositivos comerciales tales como LED o LD. Además, Minegishi et al. indican que la densidad del soporte en relación con los agujeros es de 1,5 x 10^{16} agujeros/cm^{3}. El efecto combinado de la baja densidad del soporte en relación con los agujeros y el alto valor de la resistividad no permite que este material se use en dispositivos emisores de luz comerciales o en diodos láser.
Park et al., en la Patente de Estados Unidos Nº 5.574.296, describen un método para producir películas finas sobre sustratos dopando semiconductores IIB-VIA con radicales libres del grupo VA para uso en transductores de radiación electromagnética. Específicamente, Park et al. describen películas finas epitaxiales de ZnSe dopadas con nitrógeno u oxígeno, donde se desarrollan capas finas de ZnSe sobre un sustrato de GaAs por epitaxia de haces moleculares. El dopaje de nitrógeno u oxígeno se realiza por medio del uso de una fuente de radicales libres que se incorpora en el sistema de epitaxia de haces moleculares. Usando nitrógeno como dopante de tipo p, se midieron densidades netas de aceptores de hasta 4,9 x 10^{17} aceptores/cm^{3} y resistividades menores de 15 ohm/cm en la película de ZeSe. El efecto combinado del bajo valor de la densidad neta de aceptores y del alto valor de la resistividad no permite que este material se use en dispositivos comerciales tales como LED, LD y FET.
Aunque recientemente se han realizado algunos progresos en la fabricación de películas de ZnO dopadas de tipo p que pueden utilizarse en la formación de uniones p-n, en la industria aún existe la necesidad de películas de ZnO que contengan mayores concentraciones netas de aceptores y que posean menores valores de resistividad.
Sumario de la invención
Entre los objetos de la presente invención, por lo tanto, se encuentran la disposición de una película de ZnO que contiene una alta concentración neta de aceptores sobre un sustrato; la disposición de un proceso para producir películas de ZnO que contienen dopantes de tipo p; la disposición de un proceso para producir uniones p-n utilizando una película de ZnO que contiene un dopante de tipo p; y la disposición de un proceso para producir uniones p-n homoepitaxiales y heteroepitaxiales utilizando una película de ZnO que contiene un dopante de tipo p.
Por lo tanto, en resumen, la presente invención se refiere a una película de ZnO sobre un sustrato, donde la película contiene un dopante de tipo p. La película tiene una concentración neta de aceptores de al menos 10 aceptores/cm^{3}, una resistividad no mayor de 1 ohm/cm, y una Movilidad de Hall comprendida entre 0,1 y 50 cm^{2}/Vs.
En un segundo aspecto, la invención se refiere adicionalmente a un proceso para desarrollar una película de óxido de cinc de tipo p sobre un sustrato. El sustrato primero se limpia para garantizar que la película tenga un número reducido de defectos y que se adhiera de manera apropiada al sustrato. Después de limpiar el sustrato, la temperatura de la cámara se ajusta a un valor comprendido entre 300ºC y 450ºC, y se desarrolla una película de óxido de cinc de tipo p sobre el sustrato dirigiendo un haz láser pulsátil excimer sobre un granulado de polvo de ZnO prensado que contiene un dopante de tipo p, para desarrollar una película de óxido de cinc de tipo p que contiene una concentración neta de aceptores de al menos 10^{15} aceptores/cm^{3}.
La invención se refiere además a un proceso para preparar una unión p-n que tiene una película de ZnO de tipo p y una película de tipo n, donde la concentración neta de aceptores es de al menos aproximadamente 10^{15} aceptores/cm^{3}. Se pone un sustrato en el interior de una cámara de deposición de láser pulsátil y se limpia para garantizar que la película tenga un número reducido de defectos y que se adhiera de manera apropiada al sustrato. A continuación, la temperatura de la cámara de deposición se eleva a un valor comprendido entre 300ºC y 450ºC. Posteriormente se desarrolla una película de ZnO de tipo p que tiene una concentración neta de aceptores de al menos 10^{15} aceptores/cm^{3} sobre el sustrato dirigiendo un láser excimer sobre un granulado de polvo de ZnO prensado que contiene el dopante de tipo p. Finalmente se desarrolla una película de tipo n sobre la película de tipo p dirigiendo un haz láser excimer sobre un granulado de ZnO prensado que contiene el dopante de tipo n.
La invención del segundo aspecto anterior puede usarse para preparar una unión p-n que tiene una película de ZnO de tipo p y una película de tipo n, donde la concentración neta de aceptores es de al menos 10^{15} aceptores/cm^{3}. Se introduce un sustrato en una cámara de deposición de láser pulsátil y se limpia para garantizar que la película tenga un número reducido de defectos y que se adhiera de forma apropiada al sustrato. A continuación, la temperatura de la cámara de deposición se eleva a un valor comprendido entre aproximadamente 300ºC y 450ºC. Posteriormente, se desarrolla una película de tipo n sobre el sustrato dirigiendo un haz láser pulsátil excimer sobre un granulado de polvo prensado que contiene un elemento dopante de tipo n. Finalmente, se desarrolla una película de ZnO de tipo p sobre la película de tipo n dirigiendo un haz láser pulsátil excimer sobre un granulado de polvo de ZnO prensado que contiene un elemento dopante de tipo p obteniéndose una película de ZnO de tipo p que tiene una concentración neta de aceptores de al menos 10^{15} aceptores/cm^{3}.
La invención del segundo aspecto anterior se refiere además a un proceso para preparar una unión p-n que tiene una película de ZnO de tipo p y una película de ZnO de tipo n sobre un sustrato dopado de tipo p, donde la concentración neta de aceptores es de al menos aproximadamente 10^{15} aceptores/cm^{3}. El proceso comprende ajustar la temperatura de una cámara de deposición de láser pulsátil a un valor comprendido entre aproximadamente 300 y aproximadamente 450ºC y desarrollar una película de ZnO de tipo p sobre el sustrato, dirigiendo un haz láser pulsátil excimer sobre un granulado de polvo de ZnO prensado que contiene un dopante de tipo p y desarrollando una película de tipo n sobre la película de tipo p.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 es un diagrama esquemático de un sistema de deposición con láser pulsátil.
La figura 2 es un espectro de fotoluminiscencia a 20ºK de una película de ZnO y una película de ZnO dopada con arsénico, preparada de acuerdo con la presente invención.
La figura 3 es un gráfico de espectroscopía de masas de iones secundarios (SIMS) de una película de ZnO dopada con arsénico, preparada de acuerdo con la presente invención.
La figura 4 es una imagen de microscopía de fuerza atómica de una película de ZnSe sobre un sustrato de GaAs, donde el sustrato se ha limpiado usando el proceso de limpieza de la presente invención.
La figura 5 es una imagen de microscopía de fuerza atómica de una película de ZnSe sobre un sustrato de GaAs, donde el sustrato se ha limpiado usando un proceso térmico.
La figura 6 es una tabla que muestra diversas propiedades eléctricas de una película de tipo n de ZnO dopada con aluminio.
La figura 7 es una medición de corriente-voltaje, realizada en una película de tipo n de ZnO dopada con aluminio.
La figura 8 es una medición de corriente-voltaje, realizada en una película de tipo p de ZnO dopada con arsénico.
La figura 9 es una medición de corriente-voltaje, realizada en una unión p-n.
La figura 10 es un diagrama esquemático de una unión p-n.
Los caracteres de referencia correspondientes indican piezas correspondientes en todos los dibujos.
Descripción detallada de las realizaciones preferidas
De acuerdo con la presente invención, se ha descubierto que pueden desarrollarse películas de ZnO que contienen altos niveles de dopantes de tipo p sobre sustratos, utilizando un proceso de deposición por láser pulsátil, solo o en combinación con una etapa de templado. Sorprendentemente, el nivel de dopante de tipo p conseguido en la película de ZnO es suficiente para permitir que la película de tipo p se use para formar uniones p-n útiles en dispositivos eléctricos y electroluminiscentes, para uso como un material de sustrato para redes que se ajustan a materiales en estos dispositivos, y para uso como una capa deseable para acoplar cables eléctricos.
Haciendo referencia ahora a la figura 1, se muestra un diagrama esquemático de un sistema de deposición por láser pulsátil. Este sistema es un método que puede utilizarse para desarrollar películas de ZnO que contienen dopantes de tipo p sobre sustratos adecuados. Otros métodos para desarrollar películas de ZnO que contienen dopantes de tipo p sobre sustratos pueden incluir epitaxia de haces moleculares (MBE), MBE junto con ablación láser, y deposición química de vapor (CVD). Los dopantes de tipo p adecuados para uso en la presente invención incluyen elementos del grupo 1 (también conocido como IA, que incluye elementos tales como Li, Na, K, Rb y Ca) grupo 11 (también conocido como IB, que incluye elementos tales como Cu, Ag y Au), grupo 5 (también conocido como VB, que incluye elementos tales como V, Nb y Ta) y grupo 15 (también conocido como VA, que incluye elementos tales como N, P, Sb, As y Bi), prefiriéndose el arsénico.
Haciendo referencia de nuevo a la figura 1, se muestra una lente de enfoque 8 capaz de dirigir un haz láser excimer 10 a través de una ventana láser 6 al interior de una cámara de deposición de láser pulsátil 2. El haz 10 puede dirigirse sobre la compuerta metálica 4 o bien sobre el blanco 18, dependiendo de la etapa de procesamiento deseada. El haz 10 incide sobre la compuerta metálica 4 o produce una pluma de ablación de material ZnO a partir del blanco 18 y sobre el sustrato 12. Durante el proceso de desarrollo de películas de ZnO, un tubo 14 de entrada de gas permite que el gas 16 entre en la cámara 2.
Antes del desarrollo de la película de ZnO sobre el sustrato, el sustrato debe limpiarse para retirar contaminantes de la superficie tales como oxígeno y carbono para minimizar el número de defectos en la película y para asegurar una adherencia máxima de la película al sustrato. Para limpiar suficientemente la superficie del sustrato pueden usarse técnicas convencionales de limpieza de sustratos incluyendo tratamientos con agentes químicos en húmedo, limpieza térmica, tratamientos de plasma de átomos de hidrógeno o cualquier combinación de los mismos. Además, para limpiar el sustrato in situ puede usarse un láser excimer pulsátil tal como un láser excimer de fluoruro de argón pulsátil.
Para limpiar el sustrato usando un láser excimer pulsátil, la temperatura del sustrato en la cámara de deposición 2 de láser pulsátil primero se ajusta a un valor comprendido entre 300ºC y 600ºC, más preferiblemente entre 400ºC y 500ºC, y aún más preferiblemente a 450ºC, y la cámara 2 se rellena con un gas tal como hidrógeno para crear una presión comprendida entre 66 Pa y 400 Pa (entre 0,5 y 3 Torr), preferiblemente entre 133 Pa y 267 Pa (entre 1 y 2 Torr). Haciendo referencia de nuevo a la figura 1, una compuerta metálica 4, que puede estar hecha de hierro, por ejemplo, se inserta entre el blanco 18 y el sustrato 12 de tal forma que el sustrato esté colocado entre aproximadamente 3 y aproximadamente 6 cm, preferiblemente aproximadamente 4 cm, por delante de la compuerta metálica 4. La lente de enfoque 8 se retira del sistema, y un haz láser excimer 10, tal como un haz láser excimer de fluoruro de argón que tiene una intensidad comprendida entre 20 y 70 mJ, preferiblemente de 50 mJ, y una velocidad de repetición de 10 a 30 Hz, preferiblemente de 20 Hz, se dirige al interior de la cámara 2 y sobre la compuerta metálica 4 durante un periodo comprendido entre 5 y 30 minutos, preferiblemente de 10 minutos.
Durante este periodo de iluminación de la compuerta metálica, el haz láser interacciona con la compuerta metálica y crea átomos de hidrógeno excitados, fotoelectrones y fotones que retiran eficazmente los contaminantes de la superficie del sustrato. Usando el láser excimer pulsátil, la superficie del sustrato puede limpiarse eficazmente a una temperatura mucho menor que la requerida por las técnicas convencionales. El proceso de limpieza con láser excimer pulsátil puede utilizarse eficazmente para limpiar GaAs, GaN, zafiro y otros sustratos antes de la deposición de películas de ZnO, ZnSe, GaN y otras películas. Por ejemplo, las figuras 4 y 5 muestran imágenes de microscopía de fuerza atómica (AFM) de la morfología de la superficie de una película de ZnSe sobre sustratos de GaAs. En la figura 4, el sustrato de GaAs se limpió antes de la deposición de la película de ZnSe usando el proceso de limpieza descrito anteriormente. La película de ZnSe depositada tiene un espesor de aproximadamente 0,5 micrómetros y sólo tiene un rugosidad cuadrática media en la superficie de aproximadamente 1,05 nanómetros. En la figura 5, el sustrato de GaAs se limpió antes de la deposición de la película de ZnSe mediante un proceso de tratamiento térmico a una temperatura del sustrato de 570ºC. La película de ZnSe depositada tiene un espesor de 0,5 micrómetros y tiene una rugosidad cuadrática media en la superficie de 6,65 nanómetros. Como se indica en las figuras 4 y 5, el proceso de limpieza de la presente invención deja una superficie uniforme mucho mejor para el desarrollo posterior de la película.
Después de completarse el periodo de iluminación, se bombea el gas hidrógeno al exterior de la cámara 2 y la temperatura del sustrato se ajusta a un valor comprendido entre 200ºC y 1000ºC, preferiblemente entre 250ºC y 500ºC y aún más preferiblemente entre 300ºC y 450ºC, para desarrollar la película de ZnO.
Después de haber limpiado el sustrato y de que se haya ajustado la temperatura de la cámara, la lente de enfoque 8 se reemplaza, se retira la compuerta metálica 4 y el blanco se somete a una pre-ablación con un láser excimer pulsátil que tiene una intensidad comprendida entre 20 y 70 mJ, preferiblemente de 50 mJ, y una velocidad de repetición comprendida entre 10 y 30 Hz, preferiblemente de 20 Hz, durante un periodo de 10 minutos.
Después de completarse la pre-ablación, la cámara 2 se rellena con oxígeno a una presión comprendida entre 2,7 (20) y 5,3 Pa (40 mTorr), preferiblemente de 4,7 Pa (35 mTorr). El haz láser 10 se dirige a través de la lente de enfoque 8 y la ventana láser 6 sobre el blanco 18 para producir una pluma de ablación de material de ZnO que se adsorbe sobre el sustrato 12. El blanco 18 está a una distancia comprendida entre 5 y 10 centímetros, preferiblemente de aproximadamente 7 centímetros, del sustrato 12. Los blancos adecuados para uso en la presente invención incluyen ZnO policristalino y gránulos de polvo de ZnO que contienen un dopante. Los sustratos adecuados para uso en la presente invención incluyen arseniuro de galio, zafiro y ZnO. El haz láser 10 puede tener una intensidad de 90 mJ y una repetición de 20 Hz, por ejemplo. El haz láser 10 se dirige al blanco 18 durante un periodo de 0,5 a 4 horas, preferiblemente de 1 a 2 horas, para desarrollar una película de ZnO sobre el sustrato 12 con un espesor comprendido entre 0,5 y 3 micrómetros, preferiblemente de aproximadamente 1 micrómetro.
En una realización particularmente preferida de la presente invención el blanco 18 es ZnO policristalino, el sustrato 12 es arseniuro de galio, y el dopante de tipo p es arsénico. Si el desarrollo de la película de ZnO sobre el sustrato de arseniuro de galio como se ha descrito anteriormente se produjo a una temperatura de al menos 400ºC, no se necesitan etapas de procesamiento adicionales y la capa de ZnO contendrá una concentración neta de aceptores de al menos 10^{15} aceptores/cm^{3}, preferiblemente de al menos 10^{16} aceptores/cm^{3}, más preferiblemente de al menos 10^{17} aceptores/cm^{3} y aún más preferiblemente entre 10^{18} y 10^{21} aceptores/cm^{3}, ya que los átomos de arsénico migrarán desde el sustrato de arseniuro de galio al interior de la película de ZnO durante el desarrollo de la película a una temperatura de al menos 400ºC. Además, la película tendrá una resistividad no mayor de 1 ohm/cm, preferiblemente comprendida entre 1 y 10^{-4} ohm/cm y una movilidad de Hall comprendida entre 0,1 y 50 cm^{2}/Vs.
Si el desarrollo de la película de ZnO sobre el sustrato de arseniuro de galio se produce por debajo de 400ºC, se necesita una etapa de procesamiento adicional (templado) para difundir el arsénico desde el sustrato al interior de la película de ZnO. Esta etapa de templado consiste en ajustar la temperatura del sustrato en la cámara 2 a un valor comprendido entre 450ºC y 600ºC, preferiblemente a 500ºC, y rellenar la cámara con un gas tal como oxígeno a una presión comprendida entre 66 Pa y 533 Pa (0,5 y 4 Torr) preferiblemente de 133 Pa a 267 Pa (de 1 a 2 Torr). El sustrato de arseniuro de galio se templa durante un periodo comprendido entre 10 y 60 minutos, preferiblemente entre 20 y 30 minutos, para producir una concentración neta de aceptores de al menos 10^{15} aceptores/cm^{3}, preferiblemente de al menos 10^{16} aceptores/cm^{3}, más preferiblemente de al menos 10^{17} aceptores/cm^{3} y aún más preferiblemente entre 10^{18} aceptores/cm^{3} y aproximadamente 10^{21} aceptores/cm^{3} desde el sustrato 12 al interior de la película de ZnO.
Sin limitarse a ninguna teoría particular, en la realización preferida, cuando se hace que el dopante de arsénico procedente de un sustrato de GaAs se difunda hacia el interior de una película de ZnO, se consiguen resultados superiores debido, en una parte sustancial, al hecho de que la fuente del elemento dopante de tipo p es el propio sustrato. Por lo tanto, la fuente elemental del dopante de tipo p está en contacto íntimo con la película, lo cual facilita la difusión más eficazmente y en una mayor medida en comparación con procesos en los que el sustrato no es la fuente de dopante. Por lo tanto, en esta realización particular, al tener la fuente de dopante en el sustrato se facilita la obtención de las mejoras en la concentración neta de aceptores, en la resistividad y en la movilidad de Hall descritas en este documento. Además, el proceso de limpieza como se describe en este documento, utilizado con los procesos de templado y desarrollo de película preferidos, limpia la superficie de GaAs extremadamente bien retirando contaminantes tales como carbono y oxígeno sin dañar a la estructura cristalina. La superficie limpia, no dañada, permite que la película de ZnO se desarrolle con un mejor alineamiento de los cristales y con un menor número de defectos. Por lo tanto, este proceso de limpieza facilita adicionalmente la difusión de arsénico más eficazmente y en una mayor medida, lo cual hace que se obtengan mejoras en las propiedades estructurales, ópticas y eléctricas.
En una realización alternativa, pueden desarrollarse películas de ZnO que contienen dopantes de tipo p tales como arsénico, o dopantes de tipo n tales como aluminio, sobre sustratos tales como ZnO, GaAs, GaN y zafiro, usando un proceso en el que un haz láser pulsátil excimer se dirige sobre un granulado de polvo de ZnO prensado mientras que simultáneamente se dirige un haz molecular de arsénico o aluminio sobre la película de ZnO en crecimiento, desde una fuente de evaporación térmica o desde un gas que contienen arsénico o aluminio. El sustrato se mantiene a una temperatura comprendida entre 200ºC y 1000ºC, preferiblemente entre 300ºC y 450ºC y se rellena con oxígeno a una presión de 2,67 Pa y 5,34 Pa (20 mTorr y 40 mTorr). En el blanco de ZnO puede emplearse una etapa de pre-ablación como se ha descrito anteriormente. La combinación del flujo de haces molecular requerido y la duración del periodo de tiempo requerido para que el haz molecular que contiene el dopante se dirija al sustrato es suficiente para conseguir una concentración neta de aceptores o donadores de al menos aproximadamente 10^{15}/cm^{3}, más preferiblemente de al menos 10^{16}/cm^{3}, aún más preferiblemente de al menos 10^{17}/cm^{3}, y aún más preferiblemente comprendida entre 10^{18}/cm^{3} y 10^{21}/cm^{3}.
En otra realización alternativa, pueden prepararse películas de ZnO que contienen dopantes de tipo p tales como arsénico sobre un sustrato, usando gránulos de polvo de ZnO prensado que contienen un dopante de tipo p como blanco en la cámara de deposición de láser pulsátil. Este proceso no requiere migración del dopante desde el sustrato al interior de la película.
Se desarrolla una película de ZnO sobre un sustrato adecuado usando el método de deposición por láser pulsátil descrito anteriormente con la excepción de que el blanco es un granulado de polvo de ZnO prensado que contiene una pequeña cantidad de dopante de tipo p elemental. La cantidad de dopante, tal como arsénico, necesaria en el granulado de polvo para conseguir un nivel de concentración neta de aceptores de al menos 10^{15} aceptores/cm^{3}, preferiblemente de al menos 10^{16} aceptores/cm^{3}, más preferiblemente de al menos 10^{17} aceptores/cm^{3} y aún más preferiblemente entre aproximadamente 10^{18} aceptores/cm^{3} y 10^{21} aceptores/cm^{3} se determina midiendo la cantidad de dopante en la película de ZnO y ajustando el nivel de dopante en el granulado de polvo hasta que se consiga una concentración neta de aceptores de al menos 10^{15} aceptores/cm^{3}, preferiblemente de al menos 10^{16} aceptores/cm^{3}, aún más preferiblemente de al menos 10^{17} aceptores/cm^{3} y aún más preferiblemente entre 10^{18} aceptores/cm^{3} y aproximadamente 10^{21} aceptores/cm^{3}. Por ejemplo, puede usarse espectroscopía de masas de iones secundarios (SIMS) para determinar la cantidad de dopante en la película de ZnO. Además, pueden usarse mediciones de Hall en combinación con mediciones de la resistividad eléctrica para determinar si la película de ZnO es de tipo p o de tipo n, la concentración neta de soportes de tipo p o de tipo n en la película de ZnO, para determinar la movilidad de Hall de los soportes y para determinar la resistividad eléctrica de la película de ZnO. Un especialista en la técnica comprenderá que la cantidad de dopante requerida en el granulado en polvo puede depender de numerosos factores que incluyen las condiciones de operación, las distancias entre el blanco y el sustrato, el tamaño y la forma de la cámara, así como otras variables durante el desarrollo.
La concentración de dopante de tipo p puede variarse dentro de la película de tipo p usando más de un blanco y seleccionando la fuente de blanco durante el desarrollo que produce las concentraciones de aceptor deseadas en la película de ZnO. Estas variaciones pueden ser deseables para preparar superficies sobre las que pueden acoplarse cables eléctricos que tienen propiedades eléctricas deseables.
También de acuerdo con la presente invención, pueden producirse uniones p-n homoepitaxiales y heteroepitaxiales que contienen películas de ZnO dopadas de tipo p sobre sustratos adecuados tales como arseniuro de galio, zafiro y ZnO. Un especialista en la técnica reconocerá que los términos "homoepitaxial" y "heteroepitaxial", se usan comúnmente en la técnica de forma indistinta con los términos "homoestructural" y "heteroestructural", respectivamente. El término "homoestructural" generalmente se usa haciendo referencia a estructuras en las que los materiales tienen la misma banda prohibida de energía y "heteroestructural" generalmente se usa cuando se hace referencia a estructuras en las que los materiales tienen diferentes bandas prohibidas de energía.
Los sustratos pueden doparse con un dopante de tipo p para proporcionar contacto eléctrico a una unión p-n formada sobre el sustrato. Un especialista en la técnica reconocerá que también puede usarse un sustrato no dopado para desarrollar una unión p-n sobre el sustrato no dopado. Si el sustrato se dopa con un dopante de tipo p, tal como cinc, la capa de tipo p se deposita sobre el sustrato de tipo p y finalmente la capa de tipo n se deposita sobre la capa de tipo p. De forma similar, si el sustrato está dopado con un dopante de tipo n, entonces primero se deposita la capa de tipo n y después la capa de tipo p. Estas configuraciones evitan la formación de uniones p-n entre el sustrato y la primera capa depositada. Los sustratos generalmente se dopan con un dopante de tipo p o n para crear una concentración de aceptores de al menos 10^{15}/cm^{3}, más preferiblemente al menos 10^{16}/cm^{3}, aún más preferiblemente al menos 10^{17}/cm^{3} y aún más preferiblemente comprendida entre 10^{18} y 10^{21}/cm^{3}. De nuevo, un especialista en la técnica reconocerá
que si se usa un sustrato no dopado, primero puede desarrollarse la película de tipo p o de tipo n sobre el sustrato.
Para producir una unión p-n homoepitaxial, primero se desarrolla una capa de ZnO de tipo p sobre el sustrato utilizando un granulado de polvo de ZnO prensado que contiene un dopante de tipo p tal como arsénico, como se ha descrito anteriormente, para obtener una concentración neta de aceptores de al menos 10^{15} aceptores/cm^{3}, más preferiblemente de al menos 10^{16} aceptores/cm^{3}, aún más preferiblemente de al menos 10^{17} aceptores/cm^{3} y aún más preferiblemente entre 10^{18} aceptores/cm^{3} y 10^{21} aceptores/cm^{3}. La concentración de dopante de tipo p puede variarse a través de la película de tipo p usando más de un blanco y seleccionando la fuente de blanco durante el desarrollo que produzca la concentración de soporte de aceptor deseada en la película de ZnO. Estas variaciones pueden ser deseables para preparar superficies sobre las cuales pueden acoplarse cables eléctricos con propiedades eléctricas deseables.
Para completar la unión p-n homoepitaxial, se desarrolla una película de ZnO de tipo n sobre la película de ZnO de tipo p situada sobre el sustrato. La película de ZnO de tipo n se desarrolla sobre la película de ZnO de tipo p utilizando un granulado de polvo de ZnO prensado que contiene un dopante de tipo n tal como aluminio, galio o indio, como se ha descrito anteriormente, para producir una película de tipo n con una concentración neta de donadores de al menos 10^{15} donadores/cm^{3}, más preferiblemente al menos 10^{16} donadores/cm^{3}, más preferiblemente al menos 10^{17} donadores/cm^{3} y aún más preferiblemente comprendida entre 10^{18} donadores/cm^{3} y 10^{21} donadores/cm^{3}. Como ocurre con la película de tipo p, el nivel de concentración de los soportes de tipo n puede variarse a través de la película empleando más de un blanco.
También puede producirse una unión p-n heteroepitaxial de acuerdo con la presente invención. Para preparar una unión p-n heteroepitaxial, se desarrolla una película de ZnO de tipo p sobre un sustrato adecuado como se ha descrito anteriormente y se desarrolla una película que contiene un dopante de tipo n sobre la película de ZnO de tipo p. En una unión p-n heteroepitaxial, los valores de las energías de banda prohibida de la película de tipo p y la película de tipo n son diferentes. La película de tipo n puede comprender un material basado en ZnO para el que el valor de la energía de banda prohibida se ha cambiado por la adición de elementos adecuados, o la película de tipo n puede ser otro material tal como seleniuro de cinc o nitruro de galio.
El uso de uniones p-n heteroepitaxiales preparadas de acuerdo con la presente invención proporciona materiales adicionales para la unión p-n y la fabricación de dispositivos para conseguir un mayor intervalo de energías de banda prohibida, mayores intervalos de sintonización óptica, mayores duraciones de los dispositivos, parámetros y condiciones de procesamiento más deseables, así como otras ventajas que se reconocerán por un especialista en la técnica.
Un especialista en la técnica reconocerá que, de forma similar a la preparación de películas de ZnO sobre un sustrato, la preparación de uniones p-n homoepitaxiales y heteroepitaxiales puede realizarse usando otras técnicas en lugar de la deposición por láser pulsátil. Otras técnicas incluyen MBE, MBE con ablación láser, CVD y MOCVD. También se reconocerá que pueden fabricarse fácilmente dispositivos que tienen una estructura más compleja, tales como transistores n-p-n, transistores p-n-p, FET, fotodetectores, capas de ajuste de red y capas sobre las que pueden acoplarse cables eléctricos, usando las técnicas y procesos descritos anteriormente.
De acuerdo con la presente invención, un material de ZnO de tipo p puede usarse como material de sustrato para reducir o eliminar los problemas asociados con el desajuste de red. Un material de ZnO de tipo p que tiene una concentración neta de aceptores suficientemente alta y una baja resistividad eléctrica puede usarse para formar contactos eléctricos con propiedades deseables sobre dispositivos. Por ejemplo, puede sintetizarse una capa de ZnO de tipo p de plantilla sobre sustratos semiconductores de dos compuestos tales como GaAs. Esta plantilla proporcionaría una capa de transición para el desarrollo de materiales basados en GaN epitaxiales con una densidad de defectos que es menor que la que se produciría en películas de GaN desarrolladas directamente sobre GaAs.
La presente invención se ilustra por medio del siguiente ejemplo que simplemente tiene el objetivo de ilustrar y no debe considerarse limitante del alcance de la invención ni de la manera en la que puede ponerse en práctica.
Ejemplo 1
En este ejemplo se sintetizó una película de ZnO sobre un sustrato de arseniuro de galio y la película/sustrato se templó para difundir el dopante de arsénico de tipo p desde el sustrato al interior de la película para producir una película de ZnO de tipo p sobre un sustrato de arseniuro de galio.
Un sustrato de arseniuro de galio que tenía la forma de una oblea fina y que tenía dimensiones de 1 centímetro por 1 centímetro por 0,05 centímetros se puso en el interior de una cámara de deposición de láser pulsátil, la temperatura del sustrato se fijó a 450ºC y la cámara se relleno con hidrógeno de alta pureza a una presión de 266 Pa (2 Torr). Se insertó una compuerta de hierro delante del sustrato de arseniuro de galio para crear una distancia de separación de 4 centímetros entre el sustrato y la compuerta. Se dirigió un haz láser pulsátil excimer de fluoruro de argón que tenía una intensidad de 50 mJ y una velocidad de repetición de 20 Hz a la compuerta metálica a través de una ventana láser y la compuerta se iluminó durante 20 minutos para limpiar el sustrato. Posteriormente, el hidrógeno se bombeó hacia el exterior de la cámara y la temperatura del sustrato se redujo a 300ºC.
Después de limpiar el sustrato, el cierre metálico se retiró y se insertó una lente de enfoque delante de la ventana láser para enfocar el haz láser. El blanco de ZnO policristalino se sometió a una pre-ablación con el haz láser pulsátil excimer que estaba funcionando a una intensidad de 50 mJ y que tenía una repetición de 20 Hz durante un periodo de 10 minutos. Después se introdujo gas oxígeno de alta pureza en la cámara para crear una presión de 4,67 Pa (35 mTorr).
El haz láser pulsátil excimer, que funcionaba a una intensidad de 90 mJ y a una repetición de 20 Hz, después se dirigió al ZnO policristalino durante un periodo de 2 horas para desarrollar una película de ZnO que tenía un espesor de aproximadamente 1,0 micrómetros sobre el sustrato.
Después del desarrollo de la película, la presión de gas de oxígeno en la cámara se ajustó a 266 Pa (2 Torr), y la temperatura del sustrato se aumentó a 500ºC. La película/sustrato se templó durante 30 minutos para difundir átomos de arsénico desde el sustrato al interior de la película de ZnO. El templado creó una película de ZnO de tipo p dopada con arsénico sobre el sustrato de arseniuro de galio.
La figura 2 muestra un espectro de fotoluminiscencia a 20ºK de la película de ZnO (línea continua) y la película de ZnO dopada con arsénico (trazos) preparada en este ejemplo. La excitación de bombeo procede de un láser de nitrógeno pulsátil con una densidad de potencia de 128 kW/cm^{2}. El espectro demuestra que para la película de ZnO, son dominantes los picos excitónicos unidos a donadores localizados a 3,36 eV (3698 ángstrom). Sin embargo, la película de ZnO dopada con arsénico del presente ejemplo demuestra que el pico excitónico unido a aceptores localizado a aproximadamente 3,32 eV (3742 ángstrom) es el pico más fuerte. Esta característica de picos excitónicos unidos a aceptores indica que la densidad de aceptores aumenta en gran medida con el dopaje con arsénico, y la película de ZnO se vuelve de tipo p.
La figura 3 muestra un gráfico de espectroscopía de masas de iones secundarios (SIMS) de la película de ZnO dopada con arsénico preparada en este ejemplo. El gráfico muestra la concentración en átomos/cm^{3} de arsénico en función de la profundidad desde la superficie de la película de ZnO dopada con arsénico. Este gráfico demuestra que la concentración de arsénico es de 10^{18} átomos/cm^{3} a 10^{21} átomos/cm^{3} a lo largo de la película.
Ejemplo 2
En este ejemplo se sintetizó una unión p-n, tal como la unión p-n mostrada en la figura 10, utilizando material de ZnO de tipo p y de tipo n sobre un sustrato de arseniuro de galio dopado con cinc. Se midieron las propiedades eléctricas de la unión p-n y se reunieron los datos eléctricos para demostrar que el dispositivo fabricado muestra un comportamiento de unión p-n.
En una cámara de deposición láser pulsátil se introdujo un sustrato de arseniuro de galio dopado con cinc (0001) que tenía la forma de una oblea fina y que tenía dimensiones de aproximadamente 1 centímetro por aproximadamente 1 centímetro por aproximadamente 0,05 centímetros. Para limpiar el sustrato, la temperatura se fijó a 450ºC y la cámara se rellenó con gas hidrógeno de alta pureza para crear una presión de 267 Pa (2 Torr). Se insertó una compuerta de hierro delante del sustrato de arseniuro de galio para crear una distancia de separación de aproximadamente 4 centímetros entre el sustrato y la compuerta. Se dirigió un haz láser pulsátil excimer de fluoruro de argón que tenía una intensidad de 50 mJ y una velocidad de repetición de 20 Hz a la compuerta metálica a través de una ventana láser (en ausencia de una lente de enfoque) y la compuerta se iluminó durante aproximadamente 20 minutos para limpiar el sustrato. Posteriormente, se sacó el hidrógeno de la cámara por bombeo y la temperatura de la cámara se redujo a 400ºC en la preparación para el desarrollo de la película.
Después de limpiar el sustrato, se insertó una lente de enfoque delante de la ventana láser para enfocar el haz láser sobre el blanco de ZnO policristalino. El blanco de ZnO policristalino se sometió a una pre-ablación con el haz láser pulsátil excimer que estaba funcionando a una intensidad de 50 mJ y que tenía una repetición de 20 Hz durante un periodo de 10 minutos. La compuerta metálica se mantuvo en su sitio entre el blanco y el sustrato para proteger al sustrato de la contaminación durante la pre-ablación. Después de completarse la pre-ablación, la compuerta metálica se retiró y se introdujo oxígeno de alta pureza como gas ambiental para crear una presión de 5,3 Pa (40 mTorr) durante el desarrollo de la película de tipo p.
El haz láser pulsátil excimer, que funcionaba a una intensidad de 90 mJ y una repetición de aproximadamente 20 Hz, después de dirigió al ZnO policristalino durante un periodo de 2 horas para desarrollar una película de ZnO que tenía un espesor de 1,5 micrómetros sobre el sustrato. La distancia de separación entre el sustrato y el blanco era de 7 cm. Después de apagar el haz láser, la temperatura del sustrato se ajustó a 450ºC y se mantuvo durante 20 minutos en una presión de gas ambiental de 5,3 Pa (40 mTorr). Finalmente, la temperatura se redujo a 350ºC y se iniciaron las etapas de desarrollo de capa de tipo n.
Para el desarrollo de la capa de tipo n sobre la capa de tipo p, el blanco se reemplazó por una aleación de ZnO y óxido de aluminio (Al_{2}O_{3}) donde el Al_{2}O_{3} era el 2% en peso atómico. La compuerta metálica se puso entre el blanco y el sustrato, la temperatura de sustrato se ajustó a 350ºC y la presión de oxígeno se ajustó a 5,33 Pa (40 mTorr). El láser se hizo funcionar a una intensidad de 50 mJ y una velocidad de repetición de 20 Hz. El blanco se sometió pre-ablación durante un periodo de 20 minutos.
Después de la pre-ablación, la compuerta metálica se retiró y el haz láser se ajustó a una intensidad de 90 mJ con una velocidad de repetición de 20 Hz y se enfocó sobre el blanco de aleación durante un periodo de 2 horas para desarrollar una película con un espesor de 1,5 micrómetros. La distancia entre el blanco y el sustrato era de aproximadamente 7 cm. Después del desarrollo, se apagó el haz láser y el sustrato que tenía la capa de tipo p y de tipo n se enfrió a temperatura ambiente.
La figura 6 muestra las propiedades eléctricas de una capa de tipo n de una película de ZnO dopada con aluminio desarrollada sobre un sustrato de GaAs no dopado utilizando el mismo proceso descrito para el desarrollo de la capa de ZnO de tipo n del Ejemplo 2. Los datos se presentan sobre una serie de campos magnéticos de 1001 Gauss a 5004 Gauss como se muestra en la columna de Campo a una temperatura de 290 grados Kelvin. Los valores del coeficiente de Hall son valores negativos a lo largo de todo el intervalo de Gauss, lo que indica que la concentración neta de soporte es negativa y el material es de tipo n. Los valores de resistividad son bajos e indican que la película de tipo n tiene propiedades de conductividad eléctrica suficientes para usarse en la fabricación de dispositivos eléctricos. Los valores de densidad de soporte son negativos, indicando que la película es de tipo n. Además, estos valores están por encima de 10^{18} cm^{-3}, lo que indica que la concentración de soporte es suficiente para usarse en dispositivos eléctricos. Finalmente, todos los valores de movilidad son negativos y están próximos al valor de 1 cm^{2}/volt-seg e indican que la película es de tipo n y tiene propiedades de movilidad de soporte suficientes para la fabricación de dispositivos eléctricos.
La figura 7 muestra una medición de corriente-voltaje realizada sobre la película de ZnO dopada con aluminio. La figura 7 demuestra que la corriente eléctrica frente al voltaje aplicado se aproxima a una línea recta desde aproximadamente 8 voltios negativos a aproximadamente 8 voltios positivos (centrado alrededor del cero), lo que demuestra que el comportamiento eléctrico es el de un material óhmico y no el de un dispositivo de unión p-n que presentaría un comportamiento de rectificado.
La figura 8 muestra una medición de corriente-voltaje realizada sobre una película de ZnO dopada con arsénico desarrollada sobre un sustrato de GaAs dopado con cinc usando el mismo proceso que se ha descrito para el desarrollo de la capa de ZnO de tipo p del Ejemplo 1. La figura 8 demuestra que la corriente eléctrica frente al voltaje aplicado se aproxima a una línea recta desde aproximadamente 0,6 voltios negativos a 0,6 voltios positivos (centrado alrededor del cero), lo cual demuestra que el comportamiento eléctrico es el de un material óhmico y no el de un dispositivo de unión p-n. Un especialista en la técnica reconocerá que para el material de tipo p en contacto con el material de tipo p es suficiente medir la corriente frente al voltaje aplicado en un intervalo más restringido para demostrar el comportamiento óhmico.
La figura 9 muestra una medición de corriente-voltaje sobre la unión p-n entera del Ejemplo 2. El hecho de que la corriente eléctrica frente al voltaje aplicado se eleve por encima de una línea recta para voltajes aplicados mayores de 1 voltio positivo para este dispositivo y el hecho de que la corriente eléctrica frente al voltaje aplicado se aproxime a una línea recta para voltajes aplicados hasta dos voltios negativos demuestran que el comportamiento eléctrico del dispositivo no representa el comportamiento de un material óhmico y representa las características eléctricas de un dispositivo de rectificado y una unión p-n.
En vista de lo anterior, se observará que se consiguen los diversos objetos de la invención.
Como podrían realizarse diversos cambios en el proceso descrito anteriormente para preparar películas de ZnO de tipo p sin apartarse del alcance de la invención, se pretende que toda la materia contenida en la descripción anterior se interprete como ilustrativa y no en sentido limitante.

Claims (25)

1. Una película de ZnO sobre un sustrato, conteniendo la película de ZnO un dopante de tipo p y teniendo una concentración neta de aceptores de al menos 10^{15} aceptores/cm^{3}, una resistividad no mayor de 1 ohm-cm, y una movilidad de Hall comprendida entre 0,1 y 50 cm^{2}/Vs.
2. La película indicada en la reivindicación 1, donde la concentración neta de aceptores es de al menos aproximadamente 10^{16} aceptores/cm^{3}, la resistividad está comprendida entre 1 ohm-cm y 10^{-4} ohm-cm y la movilidad de Hall está comprendida entre 0,1 y 50 cm^{2}/Vs.
3. La película indicada en la reivindicación 1 o en la reivindicación 2, donde la concentración neta de aceptores está comprendida entre 10^{18} aceptores/cm^{3} y 10^{21} aceptores/cm^{3}, la resistividad está comprendida entre 1 ohm-cm y 10^{-4} ohm-cm y la movilidad de Hall está comprendida entre 0,1 y 50 cm^{2}/Vs.
4. La película indicada en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, donde la película de ZnO de tipo p tiene un espesor comprendido entre 0,5 y 3 micrómetros.
5. La película indicada en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, donde el dopante de tipo p se selecciona entre elementos del grupo 1, 11, 5 y 15.
6. La película indicada en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, donde el dopante de tipo p es arsénico.
7. La película indicada en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, donde el sustrato es GaAs.
8. La película indicada en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, donde la película se incorpora en una unión p-n, un transistor de efecto de campo, un diodo de emisión de luz, un diodo láser, un diodo fotodetector o un dispositivo como un material de sustrato para el ajuste de red a materiales en el dispositivo.
9. El proceso para desarrollar una película de ZnO de tipo p sobre un sustrato, comprendiendo el proceso:
limpiar el sustrato;
ajustar la temperatura en una cámara de deposición de láser pulsátil a un valor comprendido entre 200ºC y 1000ºC; y
desarrollar una película de ZnO de tipo p sobre el sustrato dirigiendo un haz láser pulsátil excimer sobre un granulado de polvo de ZnO prensado que contiene un dopante de tipo p para desarrollar una película de ZnO de tipo p que contiene al menos 10^{15} aceptores/cm^{3} sobre el sustrato.
10. El proceso indicado en la reivindicación 9, donde la temperatura en la cámara de deposición de láser pulsátil se ajusta a un valor comprendido entre 300ºC y 450ºC.
11. El proceso indicado en la reivindicación 9 ó 10, donde el sustrato se limpia en la cámara de deposición de láser pulsátil usando un láser excimer pulsátil.
12. El proceso indicado en una cualquiera de las reivindicaciones 9 a 11, donde la película de ZnO de tipo p sobre el sustrato es la película de ZnO sobre un sustrato de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8.
13. Un proceso como el indicado en una cualquiera de las reivindicaciones 9 a 12, en el que la película de ZnO de tipo p contiene arsénico sobre un sustrato de GaAs, comprendiendo el proceso;
limpiar el sustrato de GaAs;
ajustar la temperatura del sustrato en la cámara de deposición de láser pulsátil a un valor comprendido entre aproximadamente 300ºC y aproximadamente 450ºC;
someter a pre-ablación un cristal de ZnO policristalino;
dirigir una haz láser pulsátil excimer sobre el cristal de ZnO policristalino en lugar del granulado de polvo de ZnO prensado para desarrollar una película sobre el sustrato de GaAs;
aumentar la temperatura del sustrato en la cámara de deposición de láser pulsátil a un valor comprendido entre 450ºC y 600ºC; y
templar el sustrato de GaAs recubierto con ZnO para difundir al menos 1 x 10^{15} aceptores/cm^{3} desde el GaAs al interior de la película de ZnO para producir una película de ZnO dopada con arsénico.
14. Un proceso para preparar una unión p-n que tiene una película de ZnO de tipo p y una película de tipo n, donde la concentración neta de aceptores es de al menos aproximadamente 10^{15} aceptores/cm^{3}, comprendiendo el proceso:
desarrollar una película de ZnO de tipo p sobre un sustrato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 9 a 13; y
desarrollar una película de tipo n sobre la película ZnO de tipo p dirigiendo un haz láser pulsátil excimer sobre un granulado de polvo prensado que contiene un elemento dopante de tipo n para desarrollar una película de tipo n sobre la película de ZnO de tipo p situada sobre el sustrato.
15. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 9, donde una película de tipo n se localiza entre la película de ZnO de tipo p y el sustrato y donde la concentración neta de aceptores es de al menos 10^{15} aceptores/cm^{3}, comprendiendo el proceso:
desarrollar una película de tipo n sobre el sustrato dirigiendo un haz láser pulsátil excimer sobre un granulado de polvo prensado que contiene un elemento dopante de tipo n para desarrollar una película de tipo n sobre el sustrato; y
desarrollar una película de ZnO de tipo p sobre la película de tipo n dirigiendo un haz láser pulsátil excimer sobre un granulado de polvo de ZnO prensado que contiene un elemento dopante de tipo p para desarrollar una película de ZnO de tipo p que contiene al menos 10^{18} aceptores/cm^{3} sobre la película de tipo n.
16. El proceso indicado en la reivindicación 15, donde el sustrato se limpia en la cámara de deposición de láser pulsátil usando un láser excimer pulsátil.
17. El proceso indicado en una cualquiera de las reivindicaciones 21 a 26, donde la concentración neta de aceptores es de al menos 10^{16} aceptores/cm^{3}.
18. El proceso indicado en una cualquiera de las reivindicaciones 14 a 17, donde la película de tipo n tiene un espesor comprendido entre 0,5 y 3 micrómetros y la película de tipo p tiene un espesor comprendido entre 0,5 y 3 micrómetros.
19. El proceso indicado en una cualquiera de las reivindicaciones 14 a 18, donde el elemento dopante de tipo p es arsénico y el elemento dopante de tipo n es aluminio.
20. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 9, donde una película de ZnO de tipo n se localiza sobre un sustrato dopado de tipo p donde la concentración neta de aceptores del sustrato y la película de ZnO de tipo p es de al menos 10^{15} aceptores/cm^{3}, comprendiendo el proceso:
desarrollar una película de ZnO de tipo p sobre el sustrato dopado de tipo p dirigiendo un haz láser pulsátil excimer sobre un granulado de polvo de ZnO prensado que contiene un elemento dopante de tipo p para desarrollar una película de ZnO de tipo p que contiene al menos aproximadamente 10^{15} aceptores/cm^{3} sobre el sustrato dopado de tipo p; y
desarrollar una película de tipo n sobre la película de ZnO de tipo p dirigiendo un haz láser pulsátil excimer sobre un granulado de polvo prensado que contiene un elemento dopante de tipo n para desarrollar una película de tipo n sobre la película de ZnO de tipo p sobre el sustrato de tipo p.
21. El proceso indicado en la reivindicación 20, donde el sustrato se limpia antes de desarrollar las películas de tipo p y de tipo n.
22. El proceso indicado en la reivindicación 10 ó 21, donde el elemento dopante de tipo p de la película es arsénico, el elemento dopante de tipo n es aluminio, el sustrato es GaAs, y el elemento dopante de tipo p del sustrato es cinc.
23. El proceso indicado en una cualquiera de las reivindicaciones 14 a 22, donde la unión p-n es una unión p-n homoepitaxial donde la película de tipo p consta de arsénico y ZnO y la película de tipo n consta de un elemento dopante de tipo n y ZnO.
24. El proceso indicado en la reivindicación 23, donde la película de tipo n contiene un dopante de tipo n y tiene una banda prohibida de energía diferente de la de ZnO.
25. El proceso indicado en una cualquiera de las reivindicaciones 20 a 22, donde la temperatura del sustrato en la cámara de deposición láser se ajusta a un valor comprendido entre 400ºC y 450ºC y la película de ZnO de tipo p se desarrolla sobre el sustrato dopado de tipo p dirigiendo un haz láser pulsátil excimer sobre un granulado de polvo de ZnO prensado.
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