專利名稱：一種實(shí)時(shí)摻氮生長(zhǎng)p型氧化鋅晶體薄膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及p型氧化鋅晶體薄膜的摻雜方法。具體說(shuō)是關(guān)于金屬有機(jī)化學(xué)汽相沉積氧化鋅晶體薄膜過(guò)程中，實(shí)時(shí)摻氮生長(zhǎng)p型氧化鋅晶體薄膜的方法。
背景技術(shù)：
氧化鋅作為一種重要的寬禁帶半導(dǎo)體材料，其在光電子領(lǐng)域有著很大的應(yīng)用前景。但要實(shí)現(xiàn)氧化鋅基器件的應(yīng)用，生長(zhǎng)可控的具有一定載流子濃度的n和p型氧化鋅晶體薄膜是必須的。目前，人們對(duì)于n型氧化鋅晶體薄膜的研究已經(jīng)比較充分，已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)、濃度可控的低阻n型氧化鋅晶體薄膜的生長(zhǎng)。但要使氧化鋅晶體薄膜制備出發(fā)光器件，必須制備氧化鋅pn結(jié)。由于氧化鋅存在諸多的本征施主缺陷和摻雜引起的缺陷，它們對(duì)受主產(chǎn)生高度自補(bǔ)償作用，而且，氧化鋅受主能級(jí)一般較深(N除外)，空穴不易于熱激發(fā)進(jìn)入價(jià)帶，受主摻雜的固溶度也很低，因而難以實(shí)現(xiàn)p型轉(zhuǎn)變，成為制約氧化鋅實(shí)現(xiàn)開(kāi)發(fā)發(fā)光器件的瓶頸。目前氧化鋅晶體薄膜的p型摻雜研究還處于開(kāi)始階段，濃度可控，重復(fù)性好的p型氧化鋅薄膜還難以實(shí)現(xiàn)。
目前文獻(xiàn)報(bào)道p型氧化鋅晶體薄膜的摻雜主要有四種方法(1)利用高活性的氮作為摻雜劑，(2)鎵和氮的共摻雜，(3)摻砷，(4)摻磷。其中采用到的具體的氧化鋅薄膜制備方法僅限于分子束外延、激光脈沖沉積、磁控濺射和擴(kuò)散等方法，而這些方法由于材料的質(zhì)量、制備成本等原因使得它們的工業(yè)利用價(jià)值不高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種在金屬有機(jī)化學(xué)汽相沉積過(guò)程中利用活化裂化高純氮源氣體產(chǎn)生氮原子進(jìn)行實(shí)時(shí)摻氮生長(zhǎng)p型氧化鋅晶體薄膜的方法。
本發(fā)明的實(shí)時(shí)摻氮生長(zhǎng)p型氧化鋅晶體薄膜的方法是金屬有機(jī)化學(xué)汽相沉積以活化氮原子為摻雜源來(lái)實(shí)現(xiàn)的，步驟如下先將襯底表面清洗后放入金屬有機(jī)化學(xué)汽相沉積生長(zhǎng)室中，生長(zhǎng)室真空度抽到至少10-4Pa，然后加熱襯底，使襯底溫度為350～950℃，將純度＞99.999％的高純氧源和用純度＞99.999％的高純載氣將純度＞99.999％的高純有機(jī)鋅源輸入生長(zhǎng)室中在襯底上生長(zhǎng)氧化鋅薄膜，高純氧源和高純有機(jī)鋅源的摩爾流量分別為5～100000μmol/min和0.1～1000μmol/min，同時(shí)將用原子發(fā)生器活化裂化純度＞99.999％的高純氮源氣體分離出的氮原子輸入生長(zhǎng)室，控制生長(zhǎng)室內(nèi)部壓力在10-2～100Pa，制備摻氮濃度為1.0×1015cm-3～1.0×1019cm-3的p型氧化鋅晶體薄膜。
本發(fā)明中，所用的原子發(fā)生器可以是常規(guī)的電子回旋共振原子發(fā)生器或射頻原子發(fā)生器，將高純氮源氣體裂化得到氮原子是通過(guò)原子源分離掉對(duì)摻雜不利的其它帶電離子來(lái)實(shí)現(xiàn)的。高純氮源氣體可以是氮?dú)饣騈H3或N2O等氣體。一般使原子發(fā)生器出口與襯底的距離為4到20cm。
上述的高純有機(jī)鋅源可以是二乙基鋅或二甲基鋅；高純氧源可以是N2O或高純氧氣或水或叔丁醇；高純載氣可以是氮?dú)饣驓錃饣驓鍤?。所說(shuō)的襯底是硅片或藍(lán)寶石或玻璃或氧化鋅。
薄膜生長(zhǎng)過(guò)程中應(yīng)控制生長(zhǎng)室的壓力小于100pa，以免原子發(fā)生器無(wú)法正常工作，以及產(chǎn)生的氮原子由于同氣體分子的碰撞而失活。通過(guò)控制鋅源和氧源的流量、生長(zhǎng)溫度和壓力以及氮原子的流量可以制備不同摻雜濃度p型氧化鋅晶體薄膜。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)1)摻雜濃度較高和摻入的氮原子的激活率高，由于氮是以原子的形式到達(dá)襯底，且單個(gè)氮原子具有的較理想的能量，一方面具有足夠的能量結(jié)合到生長(zhǎng)中的氧化鋅薄膜并取代氧原子，另一方面又不足以損傷薄膜晶體質(zhì)量；2)由于流向襯底的氮是被活化裂化氮源氣體獲得的氮原子，而其它帶電高能離子被分離掉，這樣就很大程度上提高了晶體質(zhì)量，且避免了這些離子結(jié)合到晶體中形成施主對(duì)氮受主產(chǎn)生補(bǔ)償作用；3)可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)摻雜，在氧化鋅晶體薄膜生長(zhǎng)過(guò)程中同時(shí)實(shí)現(xiàn)摻雜；4)摻雜濃度可以通過(guò)調(diào)節(jié)薄膜的生長(zhǎng)速率和氮原子的流量來(lái)控制；5)可以得到直接應(yīng)用于光電子器件高質(zhì)量的p型氧化鋅薄膜；6)有較好的重復(fù)性和穩(wěn)定性。


圖1是根據(jù)本發(fā)明方法采用的金屬有機(jī)化學(xué)汽相沉積裝置示意圖。
圖中1為射頻原子發(fā)生器；2為生長(zhǎng)室；3為有機(jī)鋅源載氣進(jìn)氣管；4為氮源進(jìn)氣管；5為氧源氣體進(jìn)氣管；6為襯底；7樣品架；8為襯底加熱器；9為排氣口；10為轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合具體實(shí)例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。
先將硅片襯底經(jīng)過(guò)表面清洗后放入生長(zhǎng)室2的樣品架7上，然后關(guān)閉各個(gè)進(jìn)氣口，抽真空度到10-4pa，由襯底加熱器8對(duì)襯底加熱使其溫度達(dá)到450℃，從有機(jī)鋅源載氣進(jìn)氣管3和氧源氣體進(jìn)氣管5分別將含有高純(99.999％以上)二乙基鋅的氮?dú)狻⒏呒?99.999％以上)N2O通入生長(zhǎng)室2，使二乙基鋅和N2O的摩爾流量分別10μmol/min和2000μmol/min，并控制生長(zhǎng)室內(nèi)的壓力在1Pa，同時(shí)將高純(99.999％以上)氮源氣體一氮?dú)鈴倪M(jìn)氣管4通入射頻原子發(fā)生器1，氮?dú)饬髁繛?sccm，由射頻原子發(fā)生器的對(duì)氮?dú)獾淖饔卯a(chǎn)生氮原子，氮原子從射頻原子發(fā)生器流出并到達(dá)襯底，結(jié)合到生長(zhǎng)中的氧化鋅晶體薄膜中的氧原子的晶格位置，得到載流子濃度約為1×1018cm-3的p型氧化鋅晶體薄膜。
采用本發(fā)明可以生長(zhǎng)出具有晶體質(zhì)量較好、摻雜濃度較高的p型氧化鋅薄膜，用于制備氧化鋅基光電子器件。
權(quán)利要求
1.實(shí)時(shí)摻氮生長(zhǎng)p型氧化鋅晶體薄膜的方法，其特征是步驟如下先將襯底表面清洗后放入金屬有機(jī)化學(xué)汽相沉積生長(zhǎng)室中，生長(zhǎng)室真空度抽到至少10-4Pa，然后加熱襯底，使襯底溫度為350～950℃，將純度＞99.999％的高純氧源和用純度＞99.999％的高純載氣將純度＞99.999％的高純有機(jī)鋅源輸入生長(zhǎng)室中在襯底上生長(zhǎng)氧化鋅薄膜，高純氧源和高純有機(jī)鋅源的摩爾流量分別為5～100000μmol/min和0.1～1000μmol/min，同時(shí)將用原子發(fā)生器活化裂化純度＞99.999％的高純氮源氣體分離出的氮原子輸入生長(zhǎng)室，控制生長(zhǎng)室內(nèi)部壓力在10-2～100Pa，制備摻氮濃度為1.0×1015cm-3～1.0×1019cm-3的p型氧化鋅晶體薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)時(shí)摻氮生長(zhǎng)p型氧化鋅晶體薄膜的方法，其特征是所用的原子發(fā)生器是電子回旋共振原子發(fā)生器或射頻原子發(fā)生器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)時(shí)摻氮生長(zhǎng)p型氧化鋅晶體薄膜的方法，其特征是所說(shuō)的有機(jī)鋅源是高純二乙基鋅或二甲基鋅。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)時(shí)摻氮生長(zhǎng)p型氧化鋅晶體薄膜的方法，其特征是所說(shuō)的氧源可以是高純N2O或NO或高純氧氣或水或叔丁醇。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)時(shí)摻氮生長(zhǎng)p型氧化鋅晶體薄膜的方法，其特征是所說(shuō)的載氣可以是高純氮?dú)饣驓錃饣驓鍤狻?br> 6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)時(shí)摻氮生長(zhǎng)p型氧化鋅晶體薄膜的方法，其特征是所說(shuō)的用原子發(fā)生器活化裂化的高純氮源氣體是氮?dú)饣騈H3或N2O氣體。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)時(shí)摻氮生長(zhǎng)p型氧化鋅晶體薄膜的方法，其特征是所說(shuō)的襯底是硅片或藍(lán)寶石或玻璃或氧化鋅。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)的實(shí)時(shí)摻氮生長(zhǎng)p型氧化鋅晶體薄膜的方法，是在金屬有機(jī)化學(xué)汽相沉積過(guò)程中利用活化裂化高純氮源氣體產(chǎn)生氮原子進(jìn)行實(shí)時(shí)摻氮的。步驟如下先將襯底表面清洗后放入金屬有機(jī)化學(xué)汽相沉積生長(zhǎng)室中，生長(zhǎng)室真空度抽到至少10
文檔編號(hào)H01L21/02GK1542917SQ20031010847
公開(kāi)日2004年11月3日 申請(qǐng)日期2003年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月4日
發(fā)明者葉志鎮(zhèn), 徐偉中, 趙炳輝, 朱麗萍, 黃靖云 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)