專利名稱：一種實時摻氮生長p型氧化鋅晶體薄膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及p型氧化鋅晶體薄膜的摻雜方法。具體說是關(guān)于金屬有機化學(xué)汽相沉積氧化鋅晶體薄膜過程中，實時摻氮生長p型氧化鋅晶體薄膜的方法。
背景技術(shù)：
氧化鋅作為一種重要的寬禁帶半導(dǎo)體材料，其在光電子領(lǐng)域有著很大的應(yīng)用前景。但要實現(xiàn)氧化鋅基器件的應(yīng)用，生長可控的具有一定載流子濃度的n和p型氧化鋅晶體薄膜是必須的。目前，人們對于n型氧化鋅晶體薄膜的研究已經(jīng)比較充分，已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)實時、濃度可控的低阻n型氧化鋅晶體薄膜的生長。但要使氧化鋅晶體薄膜制備出發(fā)光器件，必須制備氧化鋅pn結(jié)。由于氧化鋅存在諸多的本征施主缺陷和摻雜引起的缺陷，它們對受主產(chǎn)生高度自補償作用，而且，氧化鋅受主能級一般較深(N除外)，空穴不易于熱激發(fā)進入價帶，受主摻雜的固溶度也很低，因而難以實現(xiàn)p型轉(zhuǎn)變，成為制約氧化鋅實現(xiàn)開發(fā)發(fā)光器件的瓶頸。目前氧化鋅晶體薄膜的p型摻雜研究還處于開始階段，濃度可控，重復(fù)性好的p型氧化鋅薄膜還難以實現(xiàn)。
目前文獻報道p型氧化鋅晶體薄膜的摻雜主要有四種方法(1)利用高活性的氮作為摻雜劑，(2)鎵和氮的共摻雜，(3)摻砷，(4)摻磷。其中采用到的具體的氧化鋅薄膜制備方法僅限于分子束外延、激光脈沖沉積、磁控濺射和擴散等方法，而這些方法由于材料的質(zhì)量、制備成本等原因使得它們的工業(yè)利用價值不高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種在金屬有機化學(xué)汽相沉積過程中利用活化裂化高純氮源氣體產(chǎn)生氮原子進行實時摻氮生長p型氧化鋅晶體薄膜的方法。
本發(fā)明的實時摻氮生長p型氧化鋅晶體薄膜的方法是金屬有機化學(xué)汽相沉積以活化氮原子為摻雜源來實現(xiàn)的，步驟如下先將襯底表面清洗后放入金屬有機化學(xué)汽相沉積生長室中，生長室真空度抽到至少10-4Pa，然后加熱襯底，使襯底溫度為350～950℃，將純度＞99.999％的高純氧源和用純度＞99.999％的高純載氣將純度＞99.999％的高純有機鋅源輸入生長室中在襯底上生長氧化鋅薄膜，高純氧源和高純有機鋅源的摩爾流量分別為5～100000μmol/min和0.1～1000μmol/min，同時將用原子發(fā)生器活化裂化純度＞99.999％的高純氮源氣體分離出的氮原子輸入生長室，控制生長室內(nèi)部壓力在10-2～100Pa，制備摻氮濃度為1.0×1015cm-3～1.0×1019cm-3的p型氧化鋅晶體薄膜。
本發(fā)明中，所用的原子發(fā)生器可以是常規(guī)的電子回旋共振原子發(fā)生器或射頻原子發(fā)生器，將高純氮源氣體裂化得到氮原子是通過原子源分離掉對摻雜不利的其它帶電離子來實現(xiàn)的。高純氮源氣體可以是氮氣或NH3或N2O等氣體。一般使原子發(fā)生器出口與襯底的距離為4到20cm。
上述的高純有機鋅源可以是二乙基鋅或二甲基鋅；高純氧源可以是N2O或高純氧氣或水或叔丁醇；高純載氣可以是氮氣或氫氣或氬氣。所說的襯底是硅片或藍寶石或玻璃或氧化鋅。
薄膜生長過程中應(yīng)控制生長室的壓力小于100pa，以免原子發(fā)生器無法正常工作，以及產(chǎn)生的氮原子由于同氣體分子的碰撞而失活。通過控制鋅源和氧源的流量、生長溫度和壓力以及氮原子的流量可以制備不同摻雜濃度p型氧化鋅晶體薄膜。
本發(fā)明的優(yōu)點1)摻雜濃度較高和摻入的氮原子的激活率高，由于氮是以原子的形式到達襯底，且單個氮原子具有的較理想的能量，一方面具有足夠的能量結(jié)合到生長中的氧化鋅薄膜并取代氧原子，另一方面又不足以損傷薄膜晶體質(zhì)量；2)由于流向襯底的氮是被活化裂化氮源氣體獲得的氮原子，而其它帶電高能離子被分離掉，這樣就很大程度上提高了晶體質(zhì)量，且避免了這些離子結(jié)合到晶體中形成施主對氮受主產(chǎn)生補償作用；3)可以實現(xiàn)實時摻雜，在氧化鋅晶體薄膜生長過程中同時實現(xiàn)摻雜；4)摻雜濃度可以通過調(diào)節(jié)薄膜的生長速率和氮原子的流量來控制；5)可以得到直接應(yīng)用于光電子器件高質(zhì)量的p型氧化鋅薄膜；6)有較好的重復(fù)性和穩(wěn)定性。


圖1是根據(jù)本發(fā)明方法采用的金屬有機化學(xué)汽相沉積裝置示意圖。
圖中1為射頻原子發(fā)生器；2為生長室；3為有機鋅源載氣進氣管；4為氮源進氣管；5為氧源氣體進氣管；6為襯底；7樣品架；8為襯底加熱器；9為排氣口；10為轉(zhuǎn)動電機。
具體實施例方式
以下結(jié)合具體實例進一步說明本發(fā)明。
先將硅片襯底經(jīng)過表面清洗后放入生長室2的樣品架7上，然后關(guān)閉各個進氣口，抽真空度到10-4pa，由襯底加熱器8對襯底加熱使其溫度達到450℃，從有機鋅源載氣進氣管3和氧源氣體進氣管5分別將含有高純(99.999％以上)二乙基鋅的氮氣、高純(99.999％以上)N2O通入生長室2，使二乙基鋅和N2O的摩爾流量分別10μmol/min和2000μmol/min，并控制生長室內(nèi)的壓力在1Pa，同時將高純(99.999％以上)氮源氣體一氮氣從進氣管4通入射頻原子發(fā)生器1，氮氣流量為2sccm，由射頻原子發(fā)生器的對氮氣的作用產(chǎn)生氮原子，氮原子從射頻原子發(fā)生器流出并到達襯底，結(jié)合到生長中的氧化鋅晶體薄膜中的氧原子的晶格位置，得到載流子濃度約為1×1018cm-3的p型氧化鋅晶體薄膜。
采用本發(fā)明可以生長出具有晶體質(zhì)量較好、摻雜濃度較高的p型氧化鋅薄膜，用于制備氧化鋅基光電子器件。
權(quán)利要求
1.實時摻氮生長p型氧化鋅晶體薄膜的方法，其特征是步驟如下先將襯底表面清洗后放入金屬有機化學(xué)汽相沉積生長室中，生長室真空度抽到至少10-4Pa，然后加熱襯底，使襯底溫度為350～950℃，將純度＞99.999％的高純氧源和用純度＞99.999％的高純載氣將純度＞99.999％的高純有機鋅源輸入生長室中在襯底上生長氧化鋅薄膜，高純氧源和高純有機鋅源的摩爾流量分別為5～100000μmol/min和0.1～1000μmol/min，同時將用原子發(fā)生器活化裂化純度＞99.999％的高純氮源氣體分離出的氮原子輸入生長室，控制生長室內(nèi)部壓力在10-2～100Pa，制備摻氮濃度為1.0×1015cm-3～1.0×1019cm-3的p型氧化鋅晶體薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實時摻氮生長p型氧化鋅晶體薄膜的方法，其特征是所用的原子發(fā)生器是電子回旋共振原子發(fā)生器或射頻原子發(fā)生器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實時摻氮生長p型氧化鋅晶體薄膜的方法，其特征是所說的有機鋅源是高純二乙基鋅或二甲基鋅。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實時摻氮生長p型氧化鋅晶體薄膜的方法，其特征是所說的氧源可以是高純N2O或NO或高純氧氣或水或叔丁醇。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實時摻氮生長p型氧化鋅晶體薄膜的方法，其特征是所說的載氣可以是高純氮氣或氫氣或氬氣。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實時摻氮生長p型氧化鋅晶體薄膜的方法，其特征是所說的用原子發(fā)生器活化裂化的高純氮源氣體是氮氣或NH3或N2O氣體。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實時摻氮生長p型氧化鋅晶體薄膜的方法，其特征是所說的襯底是硅片或藍寶石或玻璃或氧化鋅。
全文摘要
本發(fā)明公開的實時摻氮生長p型氧化鋅晶體薄膜的方法，是在金屬有機化學(xué)汽相沉積過程中利用活化裂化高純氮源氣體產(chǎn)生氮原子進行實時摻氮的。步驟如下先將襯底表面清洗后放入金屬有機化學(xué)汽相沉積生長室中，生長室真空度抽到至少10
文檔編號H01L21/02GK1542917SQ20031010847
公開日2004年11月3日 申請日期2003年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月4日
發(fā)明者葉志鎮(zhèn), 徐偉中, 趙炳輝, 朱麗萍, 黃靖云 申請人:浙江大學(xué)