[發明專利]利用等離子體浸沒離子注入技術制備p型ZnO薄膜的方法

無效

• 申請號: 201110197335.3
• 申請日: 2011-07-14
• 公開（公告）號: CN102254997A
• 公開（公告）日: 2011-11-23
• 發明（設計）人: 李澤斌;區瓊榮;何龍;吳忠航;梁榮慶
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;H01L31/0296;H01L21/363;H01L21/425
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;盛志范

技術領域

本發明屬于半導體發光材料制備技術領域，具體涉及一種利用等離子體浸沒離子注入技術制備p型ZnO薄膜的方法。

背景技術

光電子科學技術及其產業近年來發展迅猛，作為光電產業的基礎和先導，半導體光電材料是該領域的研發重點，而對新型半導體發光材料的探索則是半導體光電材料發展的源動力。在新型半導體發光材料中，目前最受關注的就是氧化鋅（ZnO）。ZnO是一種直接帶隙寬禁帶半導體，室溫下的禁帶寬度為3.37eV，尤其是它的激子結合能高達60mV，是目前唯一一種可能在室溫泵浦條件下實現紫外受激發射的半導體光電材料。而且ZnO資源豐富、價格低廉、無毒、抗輻射能力強和良好的機電耦合性能等優點，因而被廣泛的應用于太陽能電池、表面聲波器件（SAW）、液晶顯示、氣敏傳感器、壓敏器件等。特別是當ZnO的室溫光泵浦紫外受激發射被發現后，作為一種新型的直接寬帶隙光電半導體材料，ZnO在透明導電電極、藍/紫外發光二極管（LED）和激光器（LD）、紫外探測器、自旋電子器件及傳感器等領域也有巨大的應用潛力。可以說，ZnO已經成為繼GaN之后光電子領域的又一研究熱點，引起了全球范圍內的廣泛關注和高度重視。然而ZnO天然為n型，因此如何制備性能優異的、可重復的、穩定性高的p型ZnO是目前ZnO研究中面臨的主要挑戰。

目前ZnO薄膜p型改性主要有兩種方法，一種是由Yamamoto和Yoshida等人基于第一性原理提出的共摻理論，即N+Group?III?元素的共摻方法，如N+Al、N+Ga共摻等，受到了廣泛的關注；另一種提高N在ZnO中固溶度的方法是離子注入技術，即將N⁺注入到ZnO樣品中。盡管兩種方法都有各自的優點且也實現了對ZnO薄膜的p型改性，但有又其很大的不足：共摻技術得到的p型ZnO往往在提高受主固濃度的同時卻犧牲了其遷移率，而常規束線離子注入效率非常低下。因此尋找出一種實用的大面積均勻注入技術將會為離子注入實現ZnO的p型改性提供極為光明的前景。等離子體浸沒離子注入技術（Plasma?Immersion?Ion?Implantation,?PIII）就應運而生，為離子注入技術開辟了一片廣闊的新天地。

等離子體浸沒離子注入(PIII)是生物工程、等離子體物理、電子工程、表面物理等學科交叉的新興實驗學科，與束線離子注入相比具有很多優勢，等離子體浸沒子注入具有“全方位、高劑量”的特點，能對形狀復雜的各種零件進行全方位面處理，可應用于航空航天、精密機械、船舶工業、石油工業等領域中設備的零屬部件進行表面處理，大幅度提高設備的整體性能(硬度、耐磨性、抗腐蝕和壽命等)。可以對陶瓷、聚合物等進行表面改性處理，改變材料表面的光、磁等特性。等離子體浸沒離子注入技術還可以應用到生物材料和半導體工業域，如人工關節、半導體摻雜形成超淺p-n結等等。此技術克服了傳統束線離子注入技術的視線限制，具有設備簡單、注入劑量高、注入時間和物件大小無關等特點，是離子注入技術的重大革新。而且PIII裝置較CBII裝置大大簡化，造價低，維護和運行比較容易，易于推廣和實現產業化。并且最重要的是等離子體浸沒離子注入技術具有兩個其它任何制膜方法都不具備的獨特優勢：一是可以通過控制注入劑量進而控制受主元素的摻雜濃度，二是可以對注入的氮離子的種類進行選擇，即選擇性的注入。

發明內容

本發明的目的在于提供一種利用等離子體浸沒離子注入技術制備p型ZnO薄膜的方法，以獲得性能優異的p型ZnO薄膜。

本發明提供的制備p型ZnO薄膜的方法，是采用等離子體浸沒離子注入技術輔以N-Al共摻的方法，將二者的優勢結合起來，制備出性能優異的p型ZnO薄膜。具體步驟為：

（1）首先通過磁控濺射技術生長摻Al的n型ZnO薄膜（AZO），磁控濺射工作條件為：本底真空2×10^-4Pa-6×10^-4Pa，工作氣體高純Ar，工作壓強0.1Pa-1Pa，射頻功率100W-550W，襯底溫度恒定200℃-500℃；