[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

摘要

本发明公开了一种利用磷酸锌掺杂氧化锌(磷酸锌原子百分比0.5％)的高温烧结(1000℃-1200℃)的陶瓷靶材，使用等离子辅助激光分子束外延设备，高真空条件下(本底真空度为10-7Pa，生长氧气氛分压为10-3Pa，射频功率300W-450W)，采用两步法外延生长磷掺杂P型氧化锌的新工艺：首先，生长Mg0.1Zn0.9O双缓冲层(低温400℃和高温600℃)；然后再在缓冲层上外延生长磷掺杂氧化锌薄膜，成功实现了原生薄膜的P型导电类型转变；并且通过常压氧气气氛下快速退火工艺，改善了磷掺杂P型氧化锌薄膜的光学和电学性质。

主权项

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：(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；(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240-255nm、重复频率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，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1-1.5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300-450W，氧气分压为10-3Pa；(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Mg0.1Zn0.9O低温缓冲层，将Mg0.1Zn0.9O低温缓冲层在600℃退火30分钟后再在600℃生长出50nm的Mg0.1Zn0.9O高温缓冲层，将Mg0.1Zn0.9O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；(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。