專利名稱：一種制備半極性p型ZnO多晶薄膜的方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及ρ型ZnO多晶薄膜的制備方法，尤其涉及一種制備半極性ρ型ZnO多晶薄膜的方法。
背景技術(shù)：
ZnO為六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)，理論和實驗都表明SiO晶體薄膜趨向于沿c軸方向生長，即極性生長，由此產(chǎn)生的內(nèi)建電場會降低ZnO基發(fā)光器件的發(fā)光效率。要抑制內(nèi)建電場的負面影響，提高內(nèi)量子效率，可使ZnO沿非極性方向如 (IOlO)或半極性方向如(IOTl)方向生長。目前，有關(guān)aio的非極性/半極性生長的研究報道比較有限，在可查的文獻中，基本上是通過選擇晶格匹配、價格昂貴的單晶襯底如SrTi03、 (La, Sr) (Al, Ta) O3以及SiO單晶襯底等，并采用分子束外延(MBE)或金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)技術(shù)外延生長獲得。 這種方法對于襯底的要求和生長技術(shù)的依賴都較為苛刻。因此有必要發(fā)展一種簡單易行、 能在便宜的非晶表面如石英、玻璃等襯底上制備非極性/半極性ZnO晶體薄膜的生長方法。另一方面，要實現(xiàn)ZnO薄膜的ρ型轉(zhuǎn)變也比較困難。這是由于ZnO中存在許多本征缺陷，如鋅間隙(Sii)和氧空位(V。)會產(chǎn)生高度自補償效應。如何實現(xiàn)具有較好性能的ρ型ZnO薄膜，特別是非極性/半極性的ρ型&10，對于這些薄膜在ZnO基光電器件中的應用具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種在非晶表面切實易行的制備半極性ρ型ZnO多晶薄膜的方法，豐富制備半極性ZnO基材料的技術(shù)手段。制備半極性ρ型ZnO多晶薄膜的方法是將純ZnO陶瓷靶和Zni_x_yCoxGay0陶瓷靶以及經(jīng)清洗的非晶襯底放入脈沖激光沉積裝置生長室中，保持靶材與襯底之間的距離為 4-6cm;生長室真空度抽至優(yōu)于4X10_4 Pa，襯底加熱升溫到350-550°C，生長室通入純氧氣，控制生長氣壓為35-50 Pa;開啟激光器，頻率為5Hz，讓激光束聚焦到靶面燒蝕靶材， 首先在所述的非晶襯底上沉積半極性avx-yCoxGay0緩沖層，再于所述的緩沖層上制備半極性P型純ZnO薄膜層，將薄膜層在40 氧氣氛圍下冷卻至室溫。所述的襯底為非晶襯底。在所述的Ζηι_χ_#οχ(^0緩沖層中，χ值為0. 04-0. 06，y 值為0.005-0. 02。所述的緩沖層的厚度為200-1000nm。所述的生長氣壓為40_45Pa。所述的ZnO薄膜層具有表面織構(gòu)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點是
1)半極性ZnO薄膜層可在價格低廉的石英或玻璃或具有二氧化硅鈍化層的硅上生
長；
2)方法簡單。相比于MBE和MOCVD技術(shù)，采用激光脈沖沉積技術(shù)生長，工藝成熟，操作簡單，易于實現(xiàn)。
3)本發(fā)明方法生長的薄膜層為(1011)擇優(yōu)取向，并具有表面織構(gòu)。4)本發(fā)明方法生長的半極性ZnO薄膜層為ρ型導電，載流子濃度可達IO16-IO17
-3
cm ο
5)本發(fā)明方法生長的半極性ZnO薄膜層具有良好的晶體質(zhì)量和光學性能，可應用于LED器件中。


圖1是根據(jù)本發(fā)明方法采用的脈沖激光沉積裝置示意圖，圖中1為激光器；2為生長室；3為靶材；4為襯底；
圖2是實施例1制得的半極性ρ型ZnO多晶薄膜的χ射線衍射(XRD)圖譜； 圖3是實施例1制得的半極性ρ型ZnO多晶薄膜的SEM照片。
具體實施例方式以下結(jié)合圖1，通過實例對本發(fā)明作進一步的說明。實施例1
將純ZnO陶瓷靶和Sia94Coatl5GiiacilO陶瓷靶以及經(jīng)清洗的玻璃襯底1放入脈沖激光沉積裝置生長室中，保持靶材與襯底之間的距離為5cm;生長室真空度抽至優(yōu)于4X 10_4 Pa, 襯底加熱升溫到500°C，生長室通入純氧氣(純度為99. 99%以上)，控制壓強為40 Pa;開啟激光器，頻率為5Hz，讓激光束聚焦到靶面燒蝕靶材，首先在所述的玻璃襯底1上沉積半極性Z%MCoaci5GiiacilO緩沖層2，生長時間為30min，厚度為500nm，再于所述的緩沖層2上制備半極性P型純SiO薄膜層3，生長時間為90min，厚度約為1. 15 μ m。將薄膜層3在40pa 氧氣氣氛下冷卻至室溫，測得其空穴遷移率為0. 381 cm2/V · s，載流子濃度為1. 87 X IO16 cnT3，電阻率為 876. 9 Ω · cm。薄膜的χ射線衍射(XRD)圖譜，如圖2所示，具有明顯的|_Κ>Γ ι擇優(yōu)取向衍射峰。其它混合相如(000 和iii^J等，峰強相對較弱，和薄膜層3的厚度有關(guān)，膜層越厚，其它取向峰強度越小。這表明本發(fā)明方法制得了半極性純ZnO多晶薄膜。圖3為該薄膜的掃描電子顯微鏡圖片，顯示特殊的織構(gòu)特征和良好的結(jié)晶質(zhì)量。實施例2
襯底1和緩沖層2的制備同實施例1。再于所述的緩沖層2上制備半極性ρ型純SiO 薄膜層3，生長時間為60min，厚度約為790 nm。將薄膜層3在40 1 氧氣氣氛下冷卻至室溫，所得的薄膜為ι J o Γ J. ι擇優(yōu)取向。測得其空穴遷移率為0. 423 cm2/V · s，載流子濃度為3. 32 X IO16 cm—3，電阻率為 445. 1 Ω · cm。實施例3
將純ZnO陶瓷靶和Sia93Coatl5Giiaci2O陶瓷靶以及經(jīng)清洗的石英襯底1放入脈沖激光沉積裝置生長室中，保持靶材與襯底之間的距離為5cm;生長室真空度抽至優(yōu)于4X 10_4 Pa, 襯底加熱升溫到400°C，生長室通入純氧氣(純度為99. 99%以上)，控制壓強為40 Pa;開啟激光器，頻率為5Hz，讓激光束聚焦到靶面燒蝕靶材，首先在所述的石英襯底1上沉積半極性Sia93Coaci5Giiaci2O緩沖層2，生長時間為30min，厚度為493 nm，再于所述的緩沖層2上制備半極性P型純ZnO薄膜層3，生長時間為90min，厚度約為1. 09 μ m。將薄膜層3在40 1 氧氣氣氛下冷卻至室溫。制得的薄膜也是Ii1擇優(yōu)取向。實施例4
將純ZnO陶瓷靶和Sia 955Coatl4Giiacici5O陶瓷靶以及經(jīng)清洗的非晶襯底1放入脈沖激光沉積裝置生長室中，保持靶材與襯底之間的距離為4cm;生長室真空度抽至優(yōu)于4X 10_4 Pa，襯底加熱升溫到350°C，生長室通入純氧氣，控制生長氣壓為35 Pa;開啟激光器， 頻率為5Hz，讓激光束聚焦到靶面燒蝕靶材，首先在所述的非晶襯底1上沉積半極性 Zna 955Coatl4Giiacici5O緩沖層2，再于所述的緩沖層2上制備半極性ρ型純ZnO薄膜層3，將薄膜層3在40 氧氣氛圍下冷卻至室溫。制得了半極性純ZnO多晶薄膜。實施例5
將純ZnO陶瓷靶和Zna93Coatl6GiiacilO陶瓷靶以及經(jīng)清洗的非晶襯底1放入脈沖激光沉積裝置生長室中，保持靶材與襯底之間的距離為6cm;生長室真空度抽至優(yōu)于4X10_4 Pa，襯底加熱升溫到550°C，生長室通入純氧氣，控制生長氣壓為50 Pa;開啟激光器， 頻率為5Hz，讓激光束聚焦到靶面燒蝕靶材，首先在所述的非晶襯底1上沉積半極性 Sia93Coatl6GiiacilO緩沖層2，再于所述的緩沖層2上制備半極性ρ型純ZnO薄膜層3，將薄膜層3在40 氧氣氛圍下冷卻至室溫。也制得了半極性純ZnO多晶薄膜。
權(quán)利要求
1.一種制備半極性P型SiO多晶薄膜的方法，其特征是將純SiO陶瓷靶和 aVx_yCOxGay0陶瓷靶以及經(jīng)清洗的非晶襯底(1)放入脈沖激光沉積裝置生長室中，保持靶材與襯底之間的距離為4-6cm;生長室真空度抽至優(yōu)于4X10_4 Pa，襯底加熱升溫到 350-550°C，生長室通入純氧氣，控制生長氣壓為35-50 Pa;開啟激光器，頻率為5Hz，讓激光束聚焦到靶面燒蝕靶材，首先在所述的非晶襯底⑴上沉積半極性Zni_x_yCoxGay0緩沖層 (2),再于所述的緩沖層(2)上制備半極性ρ型純ZnO薄膜層(3)，將薄膜層(3)在40 氧氣氛圍下冷卻至室溫。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備半極性ρ型ZnO多晶薄膜的方法，其特征是所述的襯底為非晶襯底。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備半極性ρ型ZnO多晶薄膜的方法，其特征是在所述的 avx_yCoxGay0 緩沖層(2)中，χ 值為 0.04-0. 06，y 值為 0. 005-0. 02。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的一種制備半極性ρ型ZnO多晶薄膜的方法，其特征是所述的緩沖層(2)的厚度為200-1000nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備半極性ρ型ZnO多晶薄膜的方法，其特征是所述的生長氣壓為40-45Pa。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備半極性ρ型ZnO多晶薄膜的方法，其特征是所述的 ZnO薄膜層(3)具有表面織構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制備半極性p型ZnO多晶薄膜的方法。將純ZnO陶瓷靶和Zn1-x-yCoxGayO陶瓷靶以及經(jīng)清洗的非晶襯底放入脈沖激光沉積裝置生長室中，保持靶材與襯底之間的距離為4-6cm;生長室真空度抽至優(yōu)于4×10-4Pa，襯底加熱升溫到350-550℃，生長室通入純氧氣，控制生長氣壓為35-50Pa;開啟激光器，頻率為5Hz,讓激光束聚焦到靶面燒蝕靶材，首先在所述的非晶襯底 上沉積半極性Zn1-x-yCoxGayO緩沖層,再于所述的緩沖層上制備半極性p型純ZnO薄膜層，將薄膜層在40Pa氧氣氛圍下冷卻至室溫。本發(fā)明生長工藝成熟，操作簡單，成本低廉，易于實現(xiàn)；制備的薄膜層具有良好的晶體質(zhì)量和光學性能，為 擇優(yōu)取向生長，且具有表面織構(gòu)?？捎糜贚ED器件中。
文檔編號C23C14/28GK102424951SQ201110410709
公開日2012年4月25日 申請日期2011年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月12日
發(fā)明者葉志鎮(zhèn), 葉穎惠, 呂斌 申請人:浙江大學