專利名稱：：磷摻雜生長ZnO量子點(diǎn)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及ZnO量子點(diǎn)的生長方法，尤其是磷慘雜生長ZnO量子點(diǎn)的方法。技術(shù)背景ZnO是一種寬禁帶化合物半導(dǎo)體材料，室溫下的禁帶寬度為3.37eV，激子束縛能高達(dá)60meV,使其更適合于在室溫或更高溫度下實(shí)現(xiàn)高功率的激光發(fā)射，是一種很有前途的紫外光電子器件材料。近年來半導(dǎo)體量子點(diǎn)材料在光電器件方面展示出誘人的前景，ZnO量子點(diǎn)作為寬禁帶半導(dǎo)體量子點(diǎn)材料具有一些特殊的光電學(xué)性能，是其它量子點(diǎn)材料或ZnO體材料和薄膜材料所不具有的，半導(dǎo)體量子點(diǎn)的三維量子效應(yīng)，導(dǎo)致體系載流子的有效態(tài)密度和能量發(fā)生顯著變化，具有更大的帶隙能量和更高的激子束縛能，更易于用作紫外半導(dǎo)體發(fā)光管和激光器。并且由于量子限制效應(yīng)，量子點(diǎn)材料有一系列的導(dǎo)帶和空帶能級(jí)，使其呈現(xiàn)出特殊的電學(xué)性能。IC技術(shù)飛速發(fā)展的基礎(chǔ)來自于電路功率器件特征尺寸的不斷縮小，但是特征尺寸存在著物理極限，當(dāng)接近極限時(shí)，器件和電路的性能發(fā)生劣化，這一嚴(yán)峻的形勢(shì)迫使人們?nèi)パ邪l(fā)靠電子的量子力學(xué)隧道效應(yīng)工作的量子點(diǎn)器件單電子隧穿器件和量子點(diǎn)邏輯器件。因此提高量子點(diǎn)尺寸分布的均勻度、改善量子點(diǎn)的電學(xué)性能是實(shí)現(xiàn)納米激光器和單電子器件的研究方向。引入雜質(zhì)進(jìn)行施主或受主摻雜是改變半導(dǎo)體電學(xué)性能的主要手段，目前已有很多關(guān)于引入摻雜劑形成p型ZnO薄膜的報(bào)道，磷的慘入會(huì)在ZnO中形成受主，借鑒磷的引入會(huì)對(duì)ZnO薄膜的電學(xué)性能進(jìn)行調(diào)節(jié)，但至今還未有磷摻雜生長ZnO量子點(diǎn)的報(bào)道。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種磷摻雜生長ZnO量子點(diǎn)的方法。本發(fā)明的磷摻雜生長ZnO量子點(diǎn)的方法，采用的是金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積(MOCVD)法，包括以下步驟1)稱量純P2O5粉末0.110g，放入金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積裝置的熱蒸發(fā)器中，將清洗過的襯底放入金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)裝置生長室中，保持襯底與熱蒸發(fā)器出口端之間的距離為l3cm，生長室真空度至少抽至10々Pa，襯底加熱升溫到30060(TC，生長室通入純氮?dú)?，氮?dú)饬髁繛?20sccm，熱蒸發(fā)器通入純氧氣，氧氣流量為540sccm;2)通過N2鼓泡將純二乙基鋅(DEZn)帶入生長室，控制熱蒸發(fā)器溫度在300900°C，進(jìn)行生長，在襯底上制得磷摻雜的ZnO量子點(diǎn)，氮?dú)夥障吕鋮s至室溫。上述的氮?dú)饧兌?gt;99.999%，氧氣純度>99.999%，DEZn純度〉99.999o%，？205粉末純度>99.999%。所說的襯底可以是硅或藍(lán)寶石。本發(fā)明中，磷摻雜濃度可以通過改變熱蒸發(fā)器的溫度和P205粉末的用量進(jìn)行調(diào)節(jié)。量子點(diǎn)的密度與尺寸可以通過調(diào)整氣源流量、襯底溫度和生長時(shí)間來控制。本發(fā)明的有益效果在于1)設(shè)備簡(jiǎn)單，成本低。2)本發(fā)明方法可以實(shí)現(xiàn)磷的摻雜濃度、量子點(diǎn)的密度與尺寸可控生長。3)磷的引入可以改善ZnO量子點(diǎn)的電學(xué)性能。4)制備的ZnO量子點(diǎn)光學(xué)性能良好，PL譜峰位于362374nrn處，與ZnO薄膜相比具有明顯的藍(lán)移。圖1是根據(jù)本發(fā)明采用的金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積裝置生長室示意圖，圖中l(wèi)有機(jī)鋅源載氣進(jìn)氣管路，2氧源氣體進(jìn)氣管路，3流量控制器，4襯底磷源進(jìn)氣管路，5襯底加熱器，6樣品架，7熱蒸發(fā)器，8分子泵，9機(jī)械泵；圖2是本發(fā)明的磷摻雜ZnO量子點(diǎn)的SEM圖；圖3是本發(fā)明的磷摻雜ZnO量子點(diǎn)的PL(光致發(fā)光譜)譜。具體實(shí)施方式以下結(jié)合圖例，通過實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步的說明。圖1是根據(jù)本發(fā)明采用的金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積裝置生長室示意圖，其中熱蒸發(fā)器7是外壁繞有加熱絲的石英管。實(shí)施例1以硅為襯底生長磷摻雜生長ZnO量子點(diǎn)，具體步驟如下1)將清洗過的襯底放入MOCVD裝置生長室中，稱量純度>99.999%的？205粉末1.5g，放入熱蒸發(fā)器中，襯底與熱蒸發(fā)器石英管出口端之間的距離保持為1.5cm，且保持扁平狀的石英管出口端水平，以保持氣態(tài)磷的平流狀態(tài)。關(guān)閉進(jìn)氣口，開機(jī)械泵9，開分子泵8，生長室抽真空至l(^Pa,襯底加熱升溫至U46(TC，預(yù)熱磷源，生長室通入高純氮?dú)?純度>99.999%)，流量為15sccm，通入高純氧氣(純度>99.999%)，流量為25sccm，控制生長室壓強(qiáng)為lPa;2)通過N2鼓泡將DEZn(純度>99.999%)帶入生長室，熱蒸發(fā)器7加熱至360'C，固態(tài)高純P205粉末升華產(chǎn)生磷原子，管道2中的純氧氣通入熱蒸發(fā)器載動(dòng)磷原子從熱蒸發(fā)器流出，并達(dá)到襯底結(jié)合到生長中的氧化鋅量子點(diǎn)中的晶格位置，生長時(shí)間為7min，在襯底上制得磷摻雜的ZnO量子點(diǎn)，生長結(jié)束后量子點(diǎn)在20Pa的氮?dú)獗Ｗo(hù)下緩慢冷卻至室溫。上述磷摻雜ZnO量子點(diǎn)的平均尺寸為3040nm，密度為(2.02.3)xl012cm—2，如圖2所示。上述磷摻雜ZnO量子點(diǎn)的室溫光致發(fā)光性能測(cè)試，激發(fā)光源為波長300nm的氙燈，紫外發(fā)光峰有明顯的藍(lán)移，發(fā)光峰位于364nm處，如圖3所示。EDS(能譜)測(cè)試上述磷摻雜ZnO量子點(diǎn)磷的含量為5.38%。表1所示是本例磷摻雜ZnO量子點(diǎn)的各元素含量。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>實(shí)施例2制備方法同實(shí)施例l，區(qū)別在于放入熱蒸發(fā)器的高純P205粉為2g，熱蒸發(fā)器加熱至45(TC,本例制得的磷摻雜ZnO量子點(diǎn)的平均尺寸為1030nm，密度為(2.83.0)xl0"cm'2，室溫光致發(fā)光性能測(cè)試發(fā)光峰位于374nm處，EDS(能譜)測(cè)試上述磷摻雜ZnO量子點(diǎn)磷的含量為12.28%。實(shí)施例3制備方法同實(shí)施例l，區(qū)別在于放入熱蒸發(fā)器的高純P205粉為2g，熱蒸發(fā)器加熱至400。C，本例制得的磷摻雜ZnO量子點(diǎn)的平均尺寸為830nm，密度為(1.92.1)xio"cm'2，室溫光致發(fā)光性能測(cè)試發(fā)光峰位于369nm處，EDS(能譜)測(cè)試上述磷摻雜ZnO量子點(diǎn)磷的含量為14.70%。權(quán)利要求1.磷摻雜生長ZnO量子點(diǎn)的方法，包括以下步驟1)稱量純P2O5粉末0.1～10g，放入金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積裝置的熱蒸發(fā)器中，將清洗過的襯底放入金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積裝置生長室中，保持襯底與熱蒸發(fā)器出口端之間的距離為1～3cm，生長室真空度至少抽至10-2Pa，襯底加熱升溫到300～600℃，生長室通入純氮?dú)?，氮?dú)饬髁繛?～20sccm，熱蒸發(fā)器通入純氧氣，氧氣流量為5～40sccm；2)通過N2鼓泡將純二乙基鋅帶入生長室，控制熱蒸發(fā)器溫度在300～900℃，進(jìn)行生長，在襯底上制得磷摻雜的ZnO量子點(diǎn)，氮?dú)夥障吕鋮s至室溫。2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的磷摻雜生長ZnO量子點(diǎn)的方法，其特征是所說的襯底是硅或藍(lán)寶石。全文摘要本發(fā)明公開的磷摻雜生長ZnO量子點(diǎn)的方法采用的是金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積法(MOCVD)。以二乙基鋅(DEZn)作為鋅源，高純氮?dú)鉃檩d氣，高純氧氣和高純五氧化二磷粉末分別作為氧源及磷摻雜源，磷的摻雜采用電阻絲加熱P₂O₅粉末產(chǎn)生氣態(tài)磷原子實(shí)現(xiàn)。磷摻雜濃度可以通過改變加熱P₂O₅的溫度和P₂O₅粉末的用量進(jìn)行調(diào)節(jié)。量子點(diǎn)的密度與尺寸可以通過調(diào)整氣源流量、襯底溫度和生長時(shí)間來控制。本發(fā)明方法簡(jiǎn)單，制得的磷摻雜ZnO量子點(diǎn)密度與尺寸分布較均勻，具有良好的光學(xué)性能，PL譜峰位于362～374nm處，與ZnO薄膜相比具有明顯的藍(lán)移。文檔編號(hào)C01G9/02GK101234778SQ20081006010公開日2008年8月6日申請(qǐng)日期2008年3月6日優(yōu)先權(quán)日2008年3月6日發(fā)明者何海平,葉志鎮(zhèn),吳亞貞,朱麗萍,林均銘,趙炳輝申請(qǐng)人:浙江大學(xué)