[发明专利]一种P‑N共掺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的制备与掺杂技术领域，具体涉及一种P-N共掺氧化锌薄膜的制备方法。

背景技术

氧化锌(ZnO)作为一种新型的II－Ⅵ族直接带隙宽禁带化合物，具有大的室温禁带宽度3.37eV，而且自由激子结合能高达60meV，作为半导体材料越来越受到人们的重视。与其它宽禁带半导体材料相比，ZnO薄膜生长温度低，抗辐射性好，受激辐射有较低的阈值功率和很高的能量转换效率，这些优点使ZnO正成为光电子、微电子、信息等高新技术的关键基础材料。然而本征ZnO由于存在缺陷，使得ZnO呈n型，p型ZnO薄膜制备是目前ZnO相关研究的热点和难点。氮掺杂虽然在理论上的计算使得p型ZnO的制备成为可能，但是众多实验表明，可能是由于掺入的N原子会结合形成N分子，占据置换位置((N₂)o)，形成一种双施主缺陷，导致单独N掺杂ZnO薄膜的不稳定性。为了解决该问题，目前共掺被认为是制备出相对稳定的p-ZnO薄膜最有发展前景的方向之一。

为了提高p型ZnO薄膜的稳定性，人们对双受主共掺杂技术进行了研究，主要包括Li-N、N-As和N-P双受主掺杂技术。2005年，Krtschil等人利用MOVPE技术制备出了N-As双受主共掺杂ZnO薄膜，研究发现单独N或As掺杂的ZnO薄膜并非整个样品都具有p型导电性能，即掺杂特性很不均匀，这是单独受主掺杂p型ZnO不稳定性的根源；与此相对，对于N-As双受主掺杂的ZnO薄膜而言，几乎整个薄膜都是p型导电，n型导电的区域几乎不存在了，因而p型ZnO的可重复性和稳定性都有了大幅度提高。据报道，N-As双受主掺杂ZnO薄膜的p型导电性能可以稳定存在几个月之久，参见：Krtschil等，Appl.Phys.Lett.，87，262105，2005。2007年，Vlasenflin等人[30]利用超声喷雾热分解技术制备出N-P双受主掺杂的ZnO薄膜。研究者认为，在N-P双受主掺杂ZnO中，形成P_Zn-2V_Zn。复合体受主，并可能进一步形成No-P_Zn-2V_Zn的双受主复合体，参见：Vlasenflin等，Solid StateCommunications,142，292–294，2007。

原子层沉积技术(ALD)对薄膜的成分和厚度具有出色地控制能力，所制备的薄膜保形性好、纯度高且均匀性好，被广泛的应用于制取高质量的薄膜材料，并得到了迅速发展，成为一种既有技术上的优势，又有市场潜力的薄膜制备技术。因此，扩展ALD技术的应用范围，寻求采用ALD技术的双受主共掺技术，对于p型ZnO薄膜的制备具有不可估量的科学和应用价值。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可以将P与N元素共同掺杂在氧化锌薄膜中的P-N共掺氧化锌薄膜的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种P-N共掺氧化锌薄膜的制备方法，包括：

将基片放入原子层沉积设备的反应腔室中；进行多组分的复合沉积；

所述复合沉积包括在锌源沉积之前引入一次P掺杂源的沉积和氧源的沉积之前引入一次氮掺杂源的沉积；循环沉积该多组分复合体，得到原子层沉积制备的P-N的双受主共掺的氧化锌薄膜。

进一步地，所述基片是经过浓硫酸和双氧水处理，并经超纯水超声过的硅片、蓝宝石或玻璃，衬底表面带有羟基。

进一步地，所述P掺杂源的沉积顺序是指在Zn源沉积之前、与Zn同时通入腔室进行沉积或先Zn源沉积之后沉积P掺杂源。

进一步地，所述复合沉积包括在真空环境下依次用P掺杂源、锌源、氮掺杂源和氧源进行沉积得到P-N双受主共掺的ZnO薄膜。

进一步地，所述P掺杂源、锌源、氮掺杂源和氧源在沉积室内暴露时间依次为0.08s、0.075s、5s、0.08s、50s，基片衬底温度为300℃。

进一步地，在每次沉积之后采用高纯氮气清洗沉积室。

进一步地，所述锌源是含锌的烷基化合物或含锌的卤化物，所述氧源是水蒸汽或氧气等离子体；所述氮掺杂源为N₂O、N₂、NO、NO₂或NH₃等离子体，所述P掺杂源是含P的氢化物。