專利名稱：一種P－ZnO薄膜及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件，具體說涉及p-ZnO薄膜及其制備方法。
背景技術(shù)：
由于ZnO存在諸多的本征施主缺陷，如間隙鋅Zni和氧空位V0，其能級(jí)分別位于導(dǎo)帶底0.05eV和0.3eV處，對(duì)受主產(chǎn)生高度自補(bǔ)償作用。因此，很難實(shí)現(xiàn)ZnO的p型轉(zhuǎn)變，而且，ZnO的受主能級(jí)一般很深(N除外)，空穴不易于熱激發(fā)進(jìn)入價(jià)帶，受主摻雜的固溶度也很低?？煽胤€(wěn)定的p型摻雜一直是ZnO研究中的一個(gè)重要課題。目前文獻(xiàn)報(bào)道p型摻雜主要有四種渠道1.摻N 2.Ga、N共摻3.摻As 4.摻P。后兩種受主能級(jí)都比較深，摻雜效果不理想，而且As和P都有毒。第一種中活性N源一般來源于NH3、N2或者N2O，但是由于N原子取代O原子時(shí)，提高了Madelung能從而引起了N能級(jí)的局域化，N能級(jí)較深，摻雜效果不是很理想。第二種施主(Ga)、受主(N)共摻雜技術(shù)得到的ZnO表面顆粒均勻度較差，而且要用到價(jià)格較高的Ga源，通常采用(MBE)分子束外延工藝，設(shè)備昂貴，制作成本高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種p-ZnO薄膜及其制備方法。
本發(fā)明的p-ZnO薄膜是以N為受主，以Al為施主共摻雜的p-ZnO薄膜，摻雜濃度為1.8×1015cm-3-4.5×1018cm-3。
本發(fā)明的p-ZnO薄膜的制備方法是利用磁控濺射法，先將襯底表面清洗后放入直流反應(yīng)磁控濺射裝置的反應(yīng)室中，反應(yīng)室真空度抽到1×10-3Pa，然后加熱襯底，襯底溫度為400-600℃，以高純含N氣體(99.99％以上)和高純O2或Ar(99.99％以上)為濺射氣體，將二種氣體分別由氣體流量計(jì)控制輸入裝置的緩沖室，在緩沖室充分混合后引入真空反應(yīng)室，在3-5Pa壓強(qiáng)下，以ZnxAl1-x為靶材，式中1＞x＞0.6，進(jìn)行濺射生長。
上述的含N氣體包括NH3、N2O、NO、NO2。含N氣體和高純O2或Ar的分壓比以及靶材中Al的含量根據(jù)摻雜濃度調(diào)節(jié)，生長的時(shí)間由所需的厚度決定。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是1)設(shè)備簡單，操作方便，Al原料豐富，價(jià)格低廉。制作成本低。
2)摻雜濃度可控性、穩(wěn)定性好，可以通過調(diào)節(jié)輸入的含N氣體和高純O2或Ar不同分壓比和靶材中Al的含量來控制。
3)本發(fā)明的p-ZnO薄膜表面平整，晶粒大小均勻，具有擇優(yōu)取向。


圖1是根據(jù)本發(fā)明方法采用的直流反應(yīng)磁控濺射裝置示意圖。圖中1和2分別為含N氣體和高純O2或Ar的進(jìn)氣管路；3為流量計(jì)；4為緩沖室；5為樣品架；6為加熱器；7為真空計(jì)；8為自動(dòng)壓強(qiáng)控制儀；9為S槍圖2是p-ZnO薄膜表面的AFM(原子力顯微)照片。
圖3是藍(lán)寶石上沉積的p-ZnO薄膜的XRD(X射線衍射)圖。
具體實(shí)施例方式
以下參照?qǐng)D1，通過實(shí)例進(jìn)一步說明本發(fā)明p-ZnO薄膜的制備方法。先將襯底經(jīng)過表面清洗后放入反應(yīng)室樣品架5上，襯底欲沉積表面朝下放置，有效防止顆粒狀的雜質(zhì)對(duì)襯底的玷污，反應(yīng)室真空度抽至1×10-3Pa，利用加熱器加熱襯底，襯底溫度控制在550℃；濺射氣體是高純的NH3(99.99％以上)和高純的O2(99.99％以上)，兩路氣體經(jīng)進(jìn)氣管1和2進(jìn)入緩沖室4，在緩沖室充分混合后引入到真空室，真空室內(nèi)的壓強(qiáng)由自動(dòng)壓強(qiáng)控制儀8控制，壓強(qiáng)為3Pa。NH3與O2分壓比根據(jù)摻雜需要，可通過流量計(jì)3調(diào)節(jié)，本例為NH3∶O2＝60∶40；以S槍9上的ZnxAl1-x，為靶材進(jìn)行濺射生長，本例為x＝0.9。在60W的功率下生長25min。
生長過程中發(fā)生如下反應(yīng)
這里，v和s分別代表氣態(tài)和固態(tài)。在ZnO薄膜中，N-Al-N取代O而使N活化，一個(gè)N-Al-N相當(dāng)于一個(gè)空位，使Madelung能降低，從而N能級(jí)更淺。而H由于原子半徑較小，會(huì)存在于與N相鄰的間隙位置，這可以很大程度上抑制生長過程中間隙Zn的存在，降低自補(bǔ)償效應(yīng)。本發(fā)明的p-ZnO薄膜表面平整，晶粒大小均勻(見圖2)，并具有高度C軸擇優(yōu)取向(見圖3)。
權(quán)利要求
1.一種p-ZnO薄膜，其特征在于它是以N為受主，以Al為施主共摻雜的p-ZnO薄膜，摻雜濃度為1.8×1015cm-3-4.5×1018cm-3。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的p-ZnO薄膜的制備方法，其特征是先將襯底表面清洗后放入直流反應(yīng)磁控濺射裝置的反應(yīng)室中，反應(yīng)室真空度抽到1×10-3Pa，然后加熱襯底，襯底溫度為400-600℃，以高純含N氣體和高純O2或Ar為濺射氣體，將二種氣體分別由氣體流量計(jì)控制輸入裝置的緩沖室，在緩沖室充分混合后引入真空反應(yīng)室，在3-5Pa壓強(qiáng)下，以ZnxAl1-x為靶材，式中1＞x＞0.6，進(jìn)行濺射生長。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的p-ZnO薄膜的制備方法，其特征是含N氣體包括NH3、N2O、NO、NO2。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的p-ZnO薄膜的制備方法，其特征是所說的襯底是藍(lán)寶石、硅。
全文摘要
本發(fā)明的p－ZnO薄膜是以N為受主摻雜源，以Al為施主摻雜源共摻雜的p－ZnO薄膜，摻雜濃度為1.8×10
文檔編號(hào)H01L21/203GK1440053SQ0311600
公開日2003年9月3日 申請(qǐng)日期2003年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月25日
發(fā)明者葉志鎮(zhèn), 袁國棟, 黃靖云, 曾昱嘉, 趙炳輝 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)