專利名稱：一種生長ZnO單晶、微晶薄膜及其p型摻雜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體材料與器件技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種閉管化學(xué)氣相傳輸法生 長ZnO單晶、微晶薄膜及其p型摻雜的方法。
技術(shù)背景氧化鋅(ZnO)是一種直接帶隙寬禁帶(3.37eV) II-VI族化合物半導(dǎo)體材料， 具有較大的激子束縛能(60meV)，理論上可以在室溫下實現(xiàn)紫外光的受激發(fā)射。 ZnO在器件應(yīng)用方面具有廣闊的應(yīng)用范圍，潛力很大，前景極好。它可以被用 來制作透明電極、壓敏電阻、太陽能電池窗口、表面聲波器件、氣體傳感器、 發(fā)光二極管等。在短波區(qū)域，ZnO可用于制造紫外發(fā)光器件和紫外激光器，對 于提高光記錄密度及光信息的存取速度起著非常重要的作用。但是，為了使ZnO 在光電子領(lǐng)域有更廣闊的應(yīng)用，首先必須制備出高質(zhì)量的單晶材料；同時通常 生長的ZnO由于偏離化學(xué)計量比而存在大量的氧空位和鋅間隙原子，使材料呈 n型，這樣p型ZnO的制備就成為研制p-n結(jié)型ZnO光電器件必須解決的難點。目前，生長ZnO薄膜的方法有很多，有磁控濺射(Magnetron Sputtering)、分 子束外延(MBE)、脈沖激光沉積(PLD)、金屬有機物化學(xué)氣相沉積(MOCVD)、溶 膠凝膠法(Sog-Gel)、噴霧熱解法(SpayPyrolysis)等。閉管化學(xué)氣相傳輸法與分子 束外延、脈沖激光沉積、金屬有機物化學(xué)氣相沉積等方法相比，具有工藝簡單、 設(shè)備成本低、生長速度快、無毒無污染等優(yōu)點。閉管化學(xué)氣相傳輸法可望在多 種襯底上生長不同厚度的ZnO單晶、微晶薄膜，并能夠進行有效的p型摻雜。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是采用閉管化學(xué)氣相傳輸法來生長ZnO單 晶、微晶薄膜，制備出高質(zhì)量的p型ZnO，進而制備出電注入p-n結(jié)型ZnO光電器件。本發(fā)明的技術(shù)方案是在一端封閉的石英管內(nèi)，放置純度99%以上ZnO粉和清洗過的所需的襯底， 所放位置由源區(qū)、生長區(qū)溫度及控溫爐的溫度梯度決定，然后將石英管接真空系統(tǒng)，真空度低于10—2Pa后用氫氧焰封閉石英管開口的一端，將完全封閉的石 英管升溫加熱，ZnO源區(qū)溫度控制在1000-110(TC，根據(jù)襯底的不同將襯底溫度 控制在400-80(TC，進行ZnO單晶、微晶薄膜的生長，根據(jù)生長晶體的尺寸生長 時間可控制在0.5-24小時，在生長源區(qū)或其他溫區(qū)內(nèi)放置摻雜源可以實現(xiàn)ZnO 的p型摻雜。本發(fā)明中所說的襯底是SK)2、 Si、 Al203及可供生長的其他襯底，所說的摻雜源是As、 P、 Sb等V族元素及其化合物。本發(fā)明的效果和益處是工藝簡單、設(shè)備成本低、生長速度快、無毒無污染。 本發(fā)明可望在多種襯底上生長不同厚度的ZnO單晶、微晶薄膜，并能夠進行有 效的p型摻雜。本發(fā)明中摻雜源的摻雜過程和ZnO晶體膜的生長過程一起進行， 與先成膜后擴散的方法相比，可以避免摻雜源難于進入晶粒內(nèi)部的問題。
具體實施方式
以下結(jié)合技術(shù)方案以Si02為襯底詳細敘述本發(fā)明的具體實施方案。 具體步驟如下1、 用標準的半導(dǎo)體清洗工藝對Si02襯底進行清洗處理。2、 在一端封閉的石英管內(nèi)，放入足量的高純Zn0粉(純度99。/。以上)和清 洗過的Si02襯底，兩者之間的距離大約25cm。3、 將石英管接真空系統(tǒng)，真空度低于10—卞3后用氫氧焰封閉。4、 將完全封閉的石英管放入控溫爐內(nèi)升溫加熱，Zn0源區(qū)溫度控制在 1000-IIO(TC，襯底溫度控制在500-55(TC，生長時間為3小時。5、 生長結(jié)束后，自然冷卻到室溫，打開封閉的石英管，取出樣品。
權(quán)利要求
1、一種生長ZnO單晶、微晶薄膜及其p型摻雜的方法，其特征是，在一端封閉的石英管內(nèi)，放置純度99％以上ZnO粉和清洗過的生長襯底；將石英管接真空系統(tǒng)，真空度低于10-2pa后用氫氧焰封閉開口的一端；將完全封閉的石英管升溫加熱，ZnO源區(qū)溫度控制在1000-1100℃；將襯底溫度控制在400-800℃，進行ZnO單晶、微晶薄膜的生長；生長晶體的尺寸生長時間控制在0.5-24小時，放置摻雜源實現(xiàn)ZnO的p型摻雜。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種生長ZnO單晶、微晶薄膜及其p型摻雜的 方法，其特征是選用V族元素及其化合物作為ZnO的p型摻雜的摻雜源。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種生長ZnO單晶、微晶薄膜及其p型摻雜的 方法，其特征是襯底溫度控制在500-55(TC，生長時間為3小時。
全文摘要
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體材料與器件技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種閉管化學(xué)氣相傳輸法生長ZnO單晶、微晶薄膜及其p型摻雜的方法。其特征是，在一端封閉的石英管內(nèi)，放置高純ZnO粉和清洗過的所需襯底，所放位置由源區(qū)、生長區(qū)溫度及控溫爐的溫度梯度決定，然后將石英管接真空系統(tǒng)，真空度低于10^-2Pa后用氫氧焰封閉，將完全封閉的石英管放入控溫爐內(nèi)升溫加熱，控制溫度分布及生長時間進行ZnO單晶、微晶薄膜的生長，在生長源內(nèi)或其他溫區(qū)內(nèi)放置摻雜源可以實現(xiàn)ZnO的p型摻雜。本發(fā)明的效果和益處是采用的閉管化學(xué)氣相傳輸法具有工藝簡單、設(shè)備成本低、生長速度快、無毒無污染等優(yōu)點。
文檔編號C30B29/16GK101275271SQ20071015931
公開日2008年10月1日 申請日期2007年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月25日
發(fā)明者強 付, 張賀秋, 杜國同, 胡禮中, 駱英民 申請人:大連理工大學(xué)