[发明专利]一种磷掺杂氧化锌薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及氧化锌薄膜制备技术领域，特别涉及一种磷掺杂氧化锌薄膜的制备方法。

背景技术

随着半导体技术的发展，氧化锌ZnO作为第三代半导体材料，引起了人们的广泛关注。ZnO具有六方纤锌矿晶体结构，与近年来广受关注的氮化镓相比，其具有禁带宽度大、电子漂移饱和速度高、介电常数小等特点，使其在蓝绿光、紫外光的发光器件和光探测器件等应用领域更具有优势。PN结是半导体器件的核心，ZnO基PN结的制备同时需要P型和N型薄膜材料，高质量的N型氧化锌已易于生长，但是本征ZnO由于存在施主缺陷，使得ZnO呈N型，相应的P型掺杂由于受到本征缺陷的施主补偿作用而很难制备，因此氧化锌基的半导体光电器件应用受到制约。

理论上认为在适当的条件下掺杂的磷原子占据锌空位，与氧空位形成复合体，可以在禁带中引入浅受主能级，能够得到稳定且可以重复的P型掺杂。目前利用Zn₃P₂、InP或者P₂O₅作为主要的磷掺杂源，已通过磁控溅射、金属有机物化学气相沉积、脉冲沉积法等制备氧化锌薄膜。但是目前所使用的方法，制备工艺都比较复杂，制备条件较高，掺入的磷原子占据锌原子的位置少，因此效果并不是很理想，需要采用另外的技术，将磷原子以生长的方式掺入到氧化锌晶体结构中，增加磷原子占据锌空位的数量。

发明内容

为了解决现有磷掺杂氧化锌薄膜制备工艺复杂，制备条件高，磷原子占据锌空位数量少等问题，本发明提供了一种磷掺杂氧化锌薄膜的制备方法，所述方法包括：原子层沉积设备通入含锌源气体和第一含氧源气体，在所述原子层沉积设备反应腔中的硅衬底表面生长氧化锌薄膜；所述硅衬底的表面预先采用RCA标准清洗法进行清洗，在所述硅衬底表面形成硅醇键；所述原子层沉积设备通入含磷源气体和第二含氧源气体，在所述氧化锌薄膜表面生长磷氧键。

所述含锌源气体的进气时间为0.1s-1s，反应时间为10s～60s。

所述第一含氧源气体和第二含氧源气体的进气时间均为0.1s-1s，反应时间均为10s～60s。

所述含磷源气体的进气时间为0.1s-1s，反应时间为10s～60s。

所述原子层沉积设备采用的载气为氮气；所述氮气的流量为1sccm-1000sccm；所述原子层沉积设备反应腔中用于承载硅衬底的基盘的温度为50℃-400℃。

所述含锌源气体为高挥发性、高纯度的有机锌化合物，包括二甲基锌或二乙基锌。

所述第一含氧源气体和第二含氧源气体均包括水蒸汽、臭氧或氧气。

所述含磷源气体为高挥发性、高纯度的有机磷化合物，包括三甲基磷或三乙基磷。

所述方法还包括：采用所述载气吹扫所述原子层沉积设备反应腔，载气吹扫时间为30s-90s。

本发明通过原子层沉积设备对氧化锌薄膜进行磷掺杂，制备磷掺杂氧化锌薄膜，与其他常规方法制备磷掺杂氧化锌薄膜的方法相比具有以下优点：本发明提供的方法简单易行，利用原子层沉积过程单原子层逐次沉积的特点，沉积的薄膜具有极均匀的厚度和优异的一致性，制备的磷掺杂的氧化锌薄膜具有完整的晶格结构、同时也使得在硅基上生长的薄膜的结构性能得到显著地提高，掺杂的磷原子完全取代锌原子的位置，可以更好地实现氧化锌的P型掺杂。

附图说明

图1至图6是本发明实施例提供的磷掺杂氧化锌薄膜制备过程机理示意图；

图7是本发明实施例提供的磷掺杂氧化锌薄膜的制备方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明技术方案作进一步描述。

参见图7，本发明实施例提供了一种磷掺杂氧化锌薄膜的制备方法，该方法可以简单地实现磷原子掺杂在氧化锌薄膜中，制备出的薄膜掺杂层可控，薄膜的均匀性较高，性能完整，具体包括如下步骤：

步骤101：采用RCA标准清洗法对硅衬底表面进行清洗，清洗之后将硅衬底放置于原子层沉积设备反应腔中。