[發明專利]襯底上的氧化物膜

無效

• 申請號: 200710186086.1
• 申請日: 1999-08-02
• 公開（公告）號: CN101174667A
• 公開（公告）日: 2008-05-07
• 發明（設計）人: H·W·懷忒;朱申;Y·賴沃
• 申請（專利權）人: 密蘇里大學
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00;H01L31/0264;H01L31/0296;H01L29/12;H01L29/22;H01L23/00;H01S5/00
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 李帆

本申請是1999年8月2日提出的申請號為99810660.7(PCT/US99/17486)的發明名稱為“含p型摻雜劑的氧化鋅膜及其制造方法”的發明專利申請的分案申請。

本發明涉及用于例如發光器件(LEDs)、激光二極管(LDs)、場效應晶體管(FETs)和光探測器等電激發器件的氧化鋅(ZnO)膜。更具體說，本發明涉及用于需要n型和p型材料的LEDs、LDs、FETs和光探測器的含p型摻雜劑的ZnO膜，這種ZnO膜在這些器件中用作襯底材料，以便與其它材料晶格匹配，還用作連接電引線的層。

曾經有一段時間，人們對制造II-VI族化合物寬帶隙半導體以便制作綠/藍LEDs、LDs和其它電器件產生了興趣。曾經制造這些器件的努力都以基于硒化鋅(ZnSe)或氮化鎵(GaN)的技術為中心。然而，由于這些器件中的缺陷和缺陷遷移造成的發光壽命短，這些方法總體來說不能令人滿意。

近來，由于ZnO在室溫下具有3.3eV的寬直接帶隙，可以提供強紫外光發射源，所以已提出用適當支撐襯底上的ZnO薄膜作為發光器件和激光二極管的新材料。摻雜及未摻雜的ZnO膜一般表現為n型導電。Hiramatsu等人已研究了ZnO膜中的例如鋁和鎵等雜質，他報道了這些雜質作為n型施主的活性(XeCl準分子激光燒蝕法制備的透明導電氧化鋅薄膜，真空科學與技術A16(2)，3月/4月1998)。盡管可以采用n型ZnO膜已有一段時間，但到目前為止，對生成許多需要p-n結的電器件所必需的p型ZnO膜的生長的研究太慢。

近來，Minegishi等人(化學汽相淀積生長ZnO膜，日本應用物理學報Vol.36?Pt.2，No.11A(1997))報道了有利用化學汽相淀積生長摻氮ZnO膜和室溫下ZnO膜的p型導電性。Minegishi等人公開了一種方法，通過同時在攜帶氣體氫中加入NH₃，在源ZnO粉中添加過量Zn，在藍寶石襯底上生長p型ZnO膜。在Zn/ZnO比為10mol％時，盡管還不能精確證實氮濃度，但二次離子質譜儀(SIMS)證明了ZnO膜中引入了氮。盡管Minegishi等人利用10mol％的Zn/ZnO比制備的膜顯示出在ZnO膜中引入了少量氮，并使導電性變為p型，但這些膜的電阻率對于例如LEDs或LDs等商業器件應用來說太高。另外，Minegishi等人還有關于空穴載流子密度為1.5×10¹⁶空穴/cm³的報道。空穴的低載流子密度與高電阻率值的組合效應，不允許這種材料應用于商業發光器件或激光二極管。

Park等人在US專利5574296中介紹了一種方法，包括在應用于電磁輻射變換器時，用VA族自由原子團摻雜IIB-VIA半導體，在襯底上形成薄膜。具體說，Park等人介紹了用氮或氧摻雜的ZnSe外延薄膜，其中ZnSe薄層利用分子束外延生長在GaAs襯底上。氮或氧的摻雜通過采用引入分子束外延系統的自由原子團源完成。用氮作p型摻雜劑，可測到ZnSe膜的凈受主密度最高達4.9×10¹⁷受主/cm³，電阻率低于15歐姆厘米。低凈受主密度值和高電阻率值的該組合效應仍不允許該材料應用于例如LEDs、LDs和FETs等商業器件。

盡管近來在制造可用于形成p-n結的p型摻雜的ZnO膜方面有些進展，但工業上仍需要ZnO膜含較高濃度的凈受主，并具有較低電阻率。

因此，本發明的目的包括：在襯底上提供含高凈受主濃度的ZnO膜；提供制造含p型摻雜劑的ZnO膜的方法；提供利用含p型摻雜劑的ZnO膜制造p-n結的方法；提供利用含p型摻雜劑的ZnO膜制造同質外延和異質外延p-n結的方法；提供在襯底上生長膜之前清洗襯底的方法。

因此，簡言之，本發明涉及襯底上的ZnO膜，其中該膜含有p型摻雜劑。該膜的凈受主濃度至少為約10¹⁵受主/cm³，電阻率低于約1歐姆厘米，霍爾遷移率在約0.1-50cm²/Vs之間。