[發明專利]P型半導體氧化鋅薄膜,其制備方法,和使用透明基片的脈沖激光沉積方法

無效

• 申請號: 200710086483.1
• 申請日: 2007-03-13
• 公開（公告）號: CN101058867A
• 公開（公告）日: 2007-10-24
• 發明（設計）人: 劉冰;胡振東;車勇;上原譲
• 申請（專利權）人: IMRA美國公司
• 主分類號: C23C14/08
• 分類號: C23C14/08;C23C14/22;C23C14/58;C23C14/54;C23C14/28;C03C17/00
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司
• 代理人: 王維綺

技術領域

本發明涉及應用于電學和光電儀器上的半導體ZnO(氧化鋅)的制造。具體地講，本發明提供了一種簡單和可再現的方法摻雜ZnO，以使這種材料具有p型導電性。本發明還涉及透明薄膜的脈沖激光沉積方法，尤其是將大面積透明薄膜和多層周期性介電結構沉積在透明基片上。

背景技術

ZnO是半導體材料，在室溫下具有3.37eV的大的直接帶隙。由于這種大的帶隙和大的激子結合能(60meV)，ZnO具有用于短波長光電子儀器，諸如發光二極管(LEDs)，激光二極管(LDs)，和紫外光探測器的巨大潛力。在過去幾年中，該領域由諸如GaN和SiC等其他材料主導，其制造非常昂貴。相比而言，ZnO的制造成本非常低。由于這個原因，也考慮將ZnO大規模應用在，例如固態發光，透明電子元件，平板顯示器，和太陽能電池。不過，ZnO本質上是n型，并且沒有用于制造強p型ZnO的可靠方法是ZnO基儀器商業化的瓶頸。

以前，氮(N)摻雜一直是生產p型ZnO的最廣泛使用的方法。不過，這種方法的使用涉及氮溶解度和薄膜結構質量間的折衷。這是因為高的結構質量需要高的生長溫度，而氮溶解度隨生長溫度而降低。WIPO公開號WO?0022202提供了Ga和N共摻雜方法，以實現ZnO的p型導電，其在占據氧的位置具有高N濃度(并因此是高空穴濃度)。不過，使用這種共摻雜方法的幾個其他試驗結果(K.Nakahara?et?al.，Journal?of?Crystal?Growth，Vol.237-239，503，2002；M.Sumiya?et?al.，Applied?Surface?Science，Vol.223，206，2004)是不一致和不可再現的。最近，在WIPO公開號WO05076341中披露了被稱為‘溫度調控生長’的方法。該方法通過周期性地快速升高生長溫度，來處理氮溶解度和薄膜結構質量之間的相互排斥，這在實踐中是非常復雜的工藝。

US?2005/0170971披露了通過共摻雜N與堿金屬元素制造p型ZnO薄膜的方法。據信，與堿金屬原子的共摻雜導致ZnO薄膜中施主缺陷的補償，并最終增強p型導電性。

在上述N摻雜方法中，可以采用氣源，如NO和NO₂(US?6908782)，或者排放N₂，N₂O，NO或NO₂氣體的等離子源。不過，使用氮氧化物(NOx)氣體會不可避免地對環境造成負面影響。另外，N摻雜存在技術缺點，其陳述在例如，E.C.Lee?et?al.，Phys.Rev.B?Vol.64，085120，2001；和H.Matsui，et?al.，J.Appl.Phys.Vol.95，5882，2004。例如，由于電子撞擊和氣相反應之間的競爭，這經常出現在等離子源內和生長期間，在摻雜過程中可能生成與氮相關的施主缺陷。

除了氮之外，其他V族元素，如磷(P)和砷(As)也被用作替代的摻雜劑(K.K.Kim，et?al.，Appl.Phys.Lett.83，63，2003；Y.R.Ryu，et?al.，Appl.Phys.Lett.83，87，2003；D.C.Look?et?al.，Appl.Phys.Lett.85，5269，2004；US?6610141)。不過，所報導的結果沒有得到廣泛的證實。