[发明专利]一种采用掺磷酸锌的靶材生长P型氧化锌薄膜的方法

权利要求书

1.一种采用掺磷酸锌的靶材生长P型氧化锌薄膜的方法，其特征在于：

步骤(1)制备磷掺杂ZnO陶瓷靶材：将磷酸锌粉末和ZnO粉末按照1∶100-5∶100的体积比混合均匀并制成坯料，坯料在1000℃-1200℃烧结温度下烧结形成磷掺杂ZnO陶瓷靶材；

步骤(2)设置等离子体辅助激光分子束外延系统：等离子体辅助激光分子束外延系统采用KrF准分子激光器，KrF准分子激光器的波长为240-255nm、重复频率为3Hz-10Hz、能量为80mJ-200mJ；等离子体辅助激光分子束外延系统的本底真空度为10^-7Pa，衬底选用c面蓝宝石或6H-SiC；对衬底进行化学腐蚀和超声清洗后，用高纯氮气吹干，在真空度＞10^-5Pa的真空环境中对衬底进行高温处理1-1.5小时获得氧极性衬底表面，高温处理温度为800℃-900℃，高温处理气氛为离化氧气氛，射频功率为300-450W，氧气分压为10^-3Pa；

步骤(3)利用等离子体辅助激光分子束外延系统制备原生P型氧化锌薄膜：将步骤(1)得到的磷掺杂ZnO陶瓷靶材置于氧极性衬底表面上，使磷掺杂ZnO陶瓷靶材在400℃的氧极性衬底表面上生长出50nm的Mg_0.1Zn_0.9O低温缓冲层，将Mg_0.1Zn_0.9O低温缓冲层在600℃退火30分钟后再在600℃生长出50nm的Mg_0.1Zn_0.9O高温缓冲层，将Mg_0.1Zn_0.9O高温缓冲层在800℃真空退火30分钟后再降温到300℃-600℃生长出200nm的原生磷掺杂P型氧化锌薄膜，等离子体辅助激光分子束外延系统的射频功率300W、氧气压为10^-3Pa；

步骤(4)制备P型氧化锌薄膜：对原生磷掺杂P型氧化锌薄膜进行快速退火处理得到P型氧化锌薄膜，退火时间为300秒、温度为600℃-900℃、退火是在常压、氧气纯度为99.99％的氧气氛中进行。

2.如权利要求1所述的一种采用掺磷酸锌的靶材生长P型氧化锌薄膜的方法，其特征在于：所述步骤(1)中磷酸锌粉末纯度是99.998％，ZnO粉末纯度是99.998％。

3.如权利要求1所述的一种采用掺磷酸锌的靶材生长P型氧化锌薄膜的方法，其特征在于：所述步骤(1)中将磷酸锌粉末和ZnO粉末按照1∶100、2∶100、3∶100、4∶100或5∶100的体积比混合均匀并制成坯料，坯料在1000℃、1100℃或1200℃烧结温度下烧结形成磷掺杂ZnO陶瓷靶材。

4.如权利要求1所述的一种采用掺磷酸锌的靶材生长P型氧化锌薄膜的方 法，其特征在于：所述步骤(2)中KrF准分子激光器的波长为240nm、248nm或255nm，重复频率为3Hz、5Hz、8Hz或10Hz，能量为80mJ、90mJ、100mJ、110mJ或200mJ；等离子体辅助激光分子束外延系统的本底真空度为10^-7Pa，衬底选用c面蓝宝石或6H-SiC；对衬底进行化学腐蚀和超声清洗后，并用高纯氮气吹干，在真空度＞10^-5Pa的真空环境中对衬底进行高温处理1小时或1.5小时获得氧极性衬底表面，高温处理温度为800℃或900℃，高温处理气氛为离化氧气氛，射频功率为300W、350W、400W或450W，氧气分压为10^-3Pa。

5.如权利要求1所述的一种采用掺磷酸锌的靶材生长P型氧化锌薄膜的方法，其特征在于：所述步骤(3)中使磷掺杂ZnO陶瓷靶材在400℃的氧极性衬底表面上生长出50nm的Mg_0.1Zn_0.9O低温缓冲层，将Mg_0.1Zn_0.9O低温缓冲层保温在600℃退火30分钟后再加热到600℃生长出50nm的Mg_0.1Zn_0.9O高温缓冲层，将Mg_0.1Zn_0.9O高温缓冲层在800℃真空退火30分钟后再降温到300℃-600℃生长出200nm的原生磷掺杂P型氧化锌薄膜，等离子体辅助激光分子束外延系统的射频功率为300W、氧气压为10^-3Pa。

6.如权利要求1所述的一种采用掺磷酸锌的靶材生长P型氧化锌薄膜的方法，其特征在于：所述步骤(4)中对原生磷掺杂P型氧化锌薄膜进行快速退火处理得到P型氧化锌薄膜，退火时间为300秒、温度为600℃、700℃、800℃或900℃、退火是在常压、氧气纯度为99.99％的氧气氛中进行。