[發明專利]透明外延p-n異質結薄膜及其制備方法

無效

• 申請號: 200910236143.1
• 申請日: 2009-10-20
• 公開（公告）號: CN101697354A
• 公開（公告）日: 2010-04-21
• 發明（設計）人: 焦興利;王海峰;劉親壯;吳文彬
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: H01L29/15
• 分類號: H01L29/15;H01L21/363
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 關暢

技術領域

本發明屬于單晶薄膜電子器件技術領域，特別涉及一種透明外延p-n異質結薄 膜及其制備方法。

背景技術

根據《半導體器件：物理與工藝》第2版(Semiconductor?Devices：Physics?and Technology，2nd?ed.)(S.M.Size，Wiley，New，York，2002)介紹，半導體器件的 制備和研究已經有了125年的歷史，自1998年開始，以半導體器件為基礎核心的電 子工業已發展成為世界上規模最大的產業。大約有60種主要的原型器件和100多種 衍生器件被設計和制造出來，在這些器件中，p-n結和異質結是2種最基本的單元和 組成部分。

根據英國《自然》雜志(Nature?389，907-908，1997)和美國《科學》雜志(Science 300，1245-1246，2003)報道，透明導電氧化物(TCO)薄膜既具有電學上的導電 性、同時也具有光學視覺上的透明性，使得透明電路在軍事、工業以及民用產業上 有巨大的應用前景。

根據美國《應用物理學快報》(Appl.Phys.Lett.92，102113，2008)報道，由于 鈣鈦礦結構氧化物具有豐富的物理性質(如：鐵電性，鐵磁性等)，基于鈣鈦礦結 構的p-n異質結在半導體器件技術領域中巨大的應用潛力而被得到廣泛研究。

所以制備高質量且具有鈣鈦礦結構的透明外延薄膜p-n異質結對于探索和開發 新型半導體薄膜器件具有重要的現實意義。

根據英國《自然》(Nature?389，939-942，1997)報道，p型導電半導體材料很 多，但是p型透明導電材料十分匱乏，迄今為止，投入實際生產應用的TCO薄膜基 本全是n型半導體薄膜，在半導體器件的應用中只能作為無源器件如：光學涂層或 者透明電極來使用。因此，尋找性能優異的p型TCO材料對于制備真正的半導體透 明器件具有十分重要的意義。

根據美國《應用物理學快報》(Appl.Phys.Lett.83，5506-5508，2003)報道， 鈣鈦礦結構的鋯鈦酸鉛(PbZr_0.52Ti_0.48O₃，即PZT)鐵電薄膜由于其在非揮發性動態 鐵電存貯器中巨大的應用前景被深入廣泛研究。根據美國《科學》雜志(Science?299， 1719-1722，2003)報道，鈣鈦礦結構的鐵酸鉍(BiFeO₃，即BFO)因為是目前唯一 一個在室溫下具有多鐵性(同時具有鐵電性和反鐵磁性的)的材料而備受世界上的 科研工作者關注。

根據美國《物理學評論B》(Phys.Rew.B，59，11257-11266，1999)和《應用 物理學快報》(Appl.Phys.Lett.92，102113-102115)報道，當鐵電薄膜(如PZT和 BFO)的厚度降低到一定的程度，由于氧空位和離子擴散等原因，其內部存在著比 較大的載流子濃度，可以被當做p型半導體薄膜。

根據美國《固態物理(a)》(Phys.Stat.Sol.(a)，71(1)，1982，13-41)、《材料 學快報》(Materials?Letters，29，255-258，1996)和《應用物理A》(Apll.Phys.A， 69，93-96，1999)報道，錫摻雜氧化銦In2O3:Sn(ITO)、銻摻雜氧化錫SnO2:Sb (ATO)和鋁摻雜氧化鋅ZnO:Al(AZO)等目前已經被廣泛應用于實際生產的TCO 薄膜都可以在可見光區得到高的透過率和電導率，但是由于具有多晶或者非晶結構 而不可能和其它單晶薄膜進行相互外延生長以及其它原因(如：銦豐度少價格高、 ITO在綠藍光區吸收嚴重等)限制了這些TCO材料在半導體薄膜器件中的應用。