[发明专利]一种Sb掺杂制备p型ZnO薄膜方法

说明书

技术领域

本发明涉及p型ZnO的掺杂技术，Sb掺杂生长p型ZnO薄膜的方法，属于半导体材料技术领域，特别涉及一种采用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)技术利用有机源作为ZnO的p型掺杂剂的掺杂方法。

背景技术

ZnO是继GaN之后又一新型的宽带隙半导体材料，具有较GaN材料更高的激子束缚能，可以在室温甚至于更高温度下实现高效的与激子相关的发射。但是，为了实现在光电器件上的应用，ZnO的p型掺杂问题一直是人们研究的热点。由于ZnO中存在很多本征缺陷，如Zn间隙、O空位等，使得未掺杂的ZnO成为n型半导体材料，而且这些缺陷产生强烈的自补偿效应，所以很难进行p型ZnO掺杂。

目前ZnO的p型掺杂剂多采用V族元素，如N、P、As及Sb等，而N是目前应用最多的掺杂剂。由于N在ZnO中固溶度比较低，受主能级深及激活率低等缺点，使得N掺杂的p型ZnO掺杂效率低。对于采用P、As及Sb作为ZnO受主掺杂剂，通常采用磁控溅射、分子束外延、混合束以及脉冲激光沉积等物理方法，采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)这种化学沉积方法少见报道。

MOCVD技术是目前半导体发光外延片制备的首选设备，具有材料生长质量好、产量大、生产成本较低等优势。目前采用MOCVD技术进行ZnO的p型掺杂也已经有很多报道，多是采用气态氮源来对ZnO进行掺杂，特别是掺杂源一般还需等离子体离化，很难实现稳定可控的p型ZnO掺杂。

发明内容

本发明的目的是克服目前p型ZnO掺杂效率低的缺点，提供一种利用MOCVD、采用Sb的金属有机物进行ZnO的高效稳定的p型掺杂方法。进而可以制备出ZnO的p-n结发光二极管器件。

本发明的技术方案是：

本发明所述的p型ZnO薄膜生长使用的设备是如02100436.6专利所述的或申请号为200410011164.0专利所述的ZnO薄膜专用生长MOCVD设备。Sb掺杂的p型ZnO薄膜的生长工艺步骤如下。

(1)将经过标准清洗后的衬底片送至反应室的衬底托盘上，关闭反应室，开启机械泵。

(2)当反应室真空度达到10Pa以下时启动反应室的涡轮分子泵。反应室的真空度达到3×10^-3Pa时，加热衬底片托盘，升温到700℃将衬底片进行热处理10～30分钟，底片托盘降温到生长温度250～650℃中某一温度点停分子泵，准备生长。

(3)打开旋转电机，调节衬底片托盘在50～1000转/分中的一个值旋转，调节二乙基锌源温度为-25℃～0℃，调节Zn源载气Ar气流量为1～15sccm，通入反应室。同时调节Sb源对应的mol流量为Zn有机源mol流量的1/1000到10/100，通入反应室。通入氧气，氧气流量为10～500sccm，开始Sb掺杂ZnO薄膜的生长。

(4)根据所需的ZnO薄膜厚度控制生长时间，生长速度为0.1～3μm/h。

(5)生长完成后，关闭所有气源，关闭衬底加热丝，缓慢降温到100℃以下取出样品。

上述Sb的金属有机源可以采用三甲基锑或三乙基锑。

为了进一步改善Sb掺杂的p型ZnO薄膜的电学质量，可以在生长完成以后在氧气中进行高温退火，退火时间为10～120分钟。

本发明通过调节Zn与Sb有机源的摩尔百分含量可以制备不同掺杂浓度的p型ZnO薄膜。

本发明的效果及益处是提供一种适合工业化生产的MOCVD设备生长p型ZnO薄膜的工艺方法，克服p型ZnO制备困难的问题，解决MOCVD方法生长p型ZnO薄膜的工艺问题，进而可制备出电注入p-n结型ZnO光发电器件。

附图说明

图1是本发明采用的MOCVD的气体输运系统示意图。

图中：1质量流量控制计；2鼓泡瓶；3电子压力控制器；4阀门；5混气罐。生长系统如02100436.6专利所述的或申请号为200410011164.0专利所述的ZnO薄膜专用生长MOCVD设备。

图2是获得的p型ZnO的X射线衍射图样(XRD)。

具体实施方式

以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施例。

实施例1

(1)衬底清洗处理。衬底用蓝宝石、Si、GaAs、InP、CaF₂、石英、玻璃均可，衬底用一般半导体的标准清洗工艺处理即可。