[發明專利]一種砷化鎘同質PN結薄膜及其制備方法

有效

• 申請號: 202010151065.1
• 申請日: 2020-03-06
• 公開（公告）號: CN111403294B
• 公開（公告）日: 2022-12-16
• 發明（設計）人: 修發賢;楊運坤;謝筱意
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: H01L21/34
• 分類號: H01L21/34;H01L21/36
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 吳文濱

本發明涉及一種砷化鎘同質PN結薄膜及其制備方法，制備方法包括以下步驟：1)采用分子束外延技術，在襯底上生長一層碲化鎘緩沖層；2)采用分子束外延技術，在步驟1)中的碲化鎘緩沖層上生長一層高濃度鋅摻雜的砷化鎘薄膜；3)采用分子束外延技術，在步驟2)中的高濃度鋅摻雜的砷化鎘薄膜上生長本征砷化鎘薄膜，得到砷化鎘同質PN結薄膜。與現有技術相比，本發明創新性地實現了狄拉克半金屬材料的同質PN結原位外延生長，襯底處理工藝簡單，對設備要求低，可以獲得基于拓撲狄拉克材料的同質PN結。

技術領域

本發明屬于薄膜制備技術領域，涉及一種砷化鎘同質PN結薄膜及其制備方法。

背景技術

砷化鎘是一種新型拓撲狄拉克材料，其相關拓撲理論獲得2016年諾貝爾物理學獎。其能帶結構具有無能隙、電子有效質量為零的線性色散關系，具有新的光、電、磁等特性。與傳統半導體相比，砷化鎘具有強自旋耦合，量子特性、超高遷移率及寬光譜吸收特性，因而在自旋電子、量子信息和光電探測等領域有重大應用前景。

理論和實驗已經證明，對砷化鎘的元素摻雜可以有效地調節其費米面，可以改變材料中的載流子濃度，甚至載流子類型。本征砷化鎘表現出n型的金屬性電輸運特征；對其進行鋅元素的有效摻雜，可以降低費米面，如果鋅的濃度繼續增大，就可以完成從n型薄膜到p型薄膜的轉變。但是，通常的生長方法很難同時大面積地生長p型和n型的砷化鎘，以形成砷化鎘的同質PN結。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種砷化鎘同質PN結薄膜及其制備方法，其設備要求低，工藝簡單。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種砷化鎘同質PN結薄膜的制備方法，該方法包括以下步驟：

1)采用分子束外延技術，在襯底上生長一層碲化鎘緩沖層，其目的是減少上層砷化鎘薄膜的晶格失配；

2)采用分子束外延技術，在步驟1)中的碲化鎘緩沖層上生長一層高濃度鋅摻雜的砷化鎘薄膜；

3)采用分子束外延技術，在步驟2)中的高濃度鋅摻雜的砷化鎘薄膜上生長本征砷化鎘薄膜，得到砷化鎘同質PN結薄膜。

進一步地，步驟1)中，所述的襯底為藍寶石襯底。

進一步地，步驟1)中，所述的襯底在腔體中預先進行除氣處理，得到平整清潔的表面。

進一步地，除氣處理過程為：將襯底溫度升至530-580℃除氣25-35min。

進一步地，步驟1)中，生長碲化鎘緩沖層時，襯底溫度為180-240℃，碲化鎘緩沖層的生長速率為55-65nm/h，碲化鎘緩沖層的厚度為10-20nm。生長碲化鎘緩沖層可以解決晶格失配問題。

進一步地，步驟2)中，生長高濃度鋅摻雜的砷化鎘薄膜時，襯底溫度為90-140℃，鋅蒸發源的溫度為220-240℃，高濃度鋅摻雜的砷化鎘薄膜的生長速率為140-160nm/h，高濃度鋅摻雜的砷化鎘薄膜的厚度≥10nm。

進一步地，步驟2)中，所述的高濃度鋅摻雜的砷化鎘薄膜中，鋅的摻雜濃度為25wt％-50wt％。

進一步地，步驟3)中，生長本征砷化鎘薄膜時，襯底溫度為90-140℃，本征砷化鎘薄膜的生長速率為140-160nm/h，本征砷化鎘薄膜的厚度≥10nm。

進一步地，制備過程在真空環境下進行。

一種砷化鎘同質PN結薄膜，該薄膜采用所述的方法制備而成。

本發明創新性地實現了狄拉克半金屬材料的同質PN結原位外延生長，襯底處理工藝簡單，對設備要求低，可以獲得基于拓撲狄拉克材料的同質PN結。

與現有技術相比，本發明具有以下特點：