[發明專利]采用簡單化學氣相沉積法制備Sb摻雜p型ZnO薄膜的方法

有效

• 申請號: 201310729355.X
• 申請日: 2013-12-26
• 公開（公告）號: CN103695866A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發明（設計）人: 馮秋菊;劉洋;呂佳音;唐凱;李夢軻
• 申請（專利權）人: 遼寧師范大學
• 主分類號: C23C16/40
• 分類號: C23C16/40
• 代理公司: 大連非凡專利事務所 21220
• 代理人: 閃紅霞

技術領域

本發明涉及一種Sb摻雜生長p型ZnO薄膜的方法，屬于半導體材料領域，尤其涉及一種可有效提高載流子濃度的采用簡單化學氣相沉積法制備Sb摻雜p型ZnO薄膜的方法。

背景技術

ZnO是一種新型的????????????????????????????????????????????????-族直接寬禁帶半導體材料，室溫下禁帶寬度為3.37eV，激子束縛能相對較高（達60meV），為此，ZnO材料已成為短波長光電器件的理想候選材料之一，尤其是在藍紫光發光二極管（LEDs）和激光器（LDs）等領域有著較好的應用前景和研發價值，ZnO薄膜是ZnO材料的主要品種之一，具體有n型和p型ZnO薄膜兩種。由于ZnO是一種非故意摻雜的n型材料，對受主摻雜會產生很強的自補償效應及受主雜質有限的固溶度或較深的受主能級，因此制備高質量的p型ZnO薄膜非常困難，極大的限制了ZnO基光電器件的開發應用。

目前p型ZnO的摻雜劑多采用族元素，如N、P、As及Sb等，而N是目前應用最多的摻雜劑。但是，由于N存在著在ZnO中固溶度比較低，受主能級深及激活率低等缺點，使得N摻雜的p型ZnO摻雜效率低；對于采用P、As及Sb作為ZnO受主摻雜劑，主要采用金屬有機化學氣相沉積法（MOCVD）來制備，因需要采用金屬有機源，原材料較貴且設備復雜。

簡單化學氣相沉積方法因不采用金屬有機源，具有設備簡單、價格低廉、生產成本低等一些優勢，已廣泛用于低維材料的制備。2013年第5期《物理學報》公開了“CVD法制備p-ZnO薄膜/n-Si異質結發光二極管及其性能研究”，其中所公開的CVD法制備p-ZnO薄膜的方法如下：“首先將Si片分別放入丙酮和酒精中超聲清洗，以去除表面的有機雜質，再用稀釋的氫氟酸溶液去除襯底表面的氧化層，然后再用去離子水沖洗，并用N₂吹干，迅速放入生長室。本實驗采用高純度Zn粉（99.999%）,?Sb₂O₃粉末（99.999%）和氧氣分別作為源材料，將Zn粉和Sb₂O₃粉末充分混合后放入石英舟上，然后放入管式爐的中央，生長過程中用機械泵將生長室內的壓力控制在10Pa左右，高純氬氣作為載氣，流量控制在200sccm，生長過程中氧氣流量在60sccm；生長溫度控制在670℃，生長30min.此外，我們對制備出來的制品在800℃氧氣氛下進行了退火處理以改善薄膜特性。”，所制備的p-ZnO薄膜的載流子濃度為9.56×10¹⁷cm^-3，并沒有達到理想狀態。

發明內容

本發明是為了解決現有技術所存在的上述技術問題，提供一種可有效提高載流子濃度的采用簡單化學氣相沉積法制備Sb摻雜p型ZnO薄膜的方法。

本發明的技術解決方案是：一種采用簡單化學氣相沉積法制備Sb摻雜p型ZnO薄膜的方法，其特征在于按如下步驟進行：

a.將鋅源和銻源按質量比為5：1充分混合制成反應源材料，所述鋅源為純度至少為99.99%的固態Zn粉，所述銻源為純度為99.999%的Sb₂O₃粉與純度為99.99%的Sb粉的混合物，Sb₂O₃粉與Sb粉的質量比為2：1；

b.??將反應源材料及襯底放入石英舟內，襯底位于反應源材料下方1.5cm處，然后再將石英舟放入化學氣相沉積系統生長室內的高溫加熱區，生長室內的壓力為10Pa，生長溫度為600℃，載氣為流量300sccm的高純氬氣，氧氣流量為20sccm，生長時間為30分鐘；

c.?關閉氧氣，保持氬氣流量，生長溫度降溫至300℃以下后，即可取出制品。

將所得制品在750℃的溫度下氧氣氛中進行退火，退火時間為10～90分鐘。