[發明專利]一種P?N共摻氧化鋅薄膜的制備方法

有效

• 申請號: 201210534080.X
• 申請日: 2012-12-11
• 公開（公告）號: CN103866289B
• 公開（公告）日: 2017-03-29
• 發明（設計）人: 盧維爾;夏洋;李超波;董亞斌;解婧
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: C23C16/455
• 分類號: C23C16/455;C23C16/40;C23C16/44;H01L21/02;H01L21/365
• 代理公司: 北京華沛德權律師事務所11302
• 代理人: 劉麗君

技術領域

本發明涉及氧化鋅薄膜的制備與摻雜技術領域，具體涉及一種P-N共摻氧化鋅薄膜的制備方法。

背景技術

氧化鋅(ZnO)作為一種新型的II－Ⅵ族直接帶隙寬禁帶化合物，具有大的室溫禁帶寬度3.37eV，而且自由激子結合能高達60meV，作為半導體材料越來越受到人們的重視。與其它寬禁帶半導體材料相比，ZnO薄膜生長溫度低，抗輻射性好，受激輻射有較低的閾值功率和很高的能量轉換效率，這些優點使ZnO正成為光電子、微電子、信息等高新技術的關鍵基礎材料。然而本征ZnO由于存在缺陷，使得ZnO呈n型，p型ZnO薄膜制備是目前ZnO相關研究的熱點和難點。氮摻雜雖然在理論上的計算使得p型ZnO的制備成為可能，但是眾多實驗表明，可能是由于摻入的N原子會結合形成N分子，占據置換位置((N₂)o)，形成一種雙施主缺陷，導致單獨N摻雜ZnO薄膜的不穩定性。為了解決該問題，目前共摻被認為是制備出相對穩定的p-ZnO薄膜最有發展前景的方向之一。

為了提高p型ZnO薄膜的穩定性，人們對雙受主共摻雜技術進行了研究，主要包括Li-N、N-As和N-P雙受主摻雜技術。2005年，Krtschil等人利用MOVPE技術制備出了N-As雙受主共摻雜ZnO薄膜，研究發現單獨N或As摻雜的ZnO薄膜并非整個樣品都具有p型導電性能，即摻雜特性很不均勻，這是單獨受主摻雜p型ZnO不穩定性的根源；與此相對，對于N-As雙受主摻雜的ZnO薄膜而言，幾乎整個薄膜都是p型導電，n型導電的區域幾乎不存在了，因而p型ZnO的可重復性和穩定性都有了大幅度提高。據報道，N-As雙受主摻雜ZnO薄膜的p型導電性能可以穩定存在幾個月之久，參見：Krtschil等，Appl.Phys.Lett.，87，262105，2005。2007年，Vlasenflin等人[30]利用超聲噴霧熱分解技術制備出N-P雙受主摻雜的ZnO薄膜。研究者認為，在N-P雙受主摻雜ZnO中，形成P_Zn-2V_Zn。復合體受主，并可能進一步形成No-P_Zn-2V_Zn的雙受主復合體，參見：Vlasenflin等，Solid?StateCommunications,142，292–294，2007。

原子層沉積技術(ALD)對薄膜的成分和厚度具有出色地控制能力，所制備的薄膜保形性好、純度高且均勻性好，被廣泛的應用于制取高質量的薄膜材料，并得到了迅速發展，成為一種既有技術上的優勢，又有市場潛力的薄膜制備技術。因此，擴展ALD技術的應用范圍，尋求采用ALD技術的雙受主共摻技術，對于p型ZnO薄膜的制備具有不可估量的科學和應用價值。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種可以將P與N元素共同摻雜在氧化鋅薄膜中的P-N共摻氧化鋅薄膜的制備方法。

為解決上述技術問題，本發明提供了一種P-N共摻氧化鋅薄膜的制備方法，包括：

將基片放入原子層沉積設備的反應腔室中；進行多組分的復合沉積；

所述復合沉積包括在鋅源沉積之前引入一次P摻雜源的沉積和氧源的沉積之前引入一次氮摻雜源的沉積；循環沉積該多組分復合體，得到原子層沉積制備的P-N的雙受主共摻的氧化鋅薄膜。

進一步地，所述基片是經過濃硫酸和雙氧水處理，并經超純水超聲過的硅片、藍寶石或玻璃，襯底表面帶有羥基。

進一步地，所述P摻雜源的沉積順序是指在Zn源沉積之前、與Zn同時通入腔室進行沉積或先Zn源沉積之后沉積P摻雜源。

進一步地，所述復合沉積包括在真空環境下依次用P摻雜源、鋅源、氮摻雜源和氧源進行沉積得到P-N雙受主共摻的ZnO薄膜。

進一步地，所述P摻雜源、鋅源、氮摻雜源和氧源在沉積室內暴露時間依次為0.08s、0.075s、5s、0.08s、50s，基片襯底溫度為300℃。

進一步地，在每次沉積之后采用高純氮氣清洗沉積室。

進一步地，所述鋅源是含鋅的烷基化合物或含鋅的鹵化物，所述氧源是水蒸汽或氧氣等離子體；所述氮摻雜源為N₂O、N₂、NO、NO₂或NH₃等離子體，所述P摻雜源是含P的氫化物。