專(zhuān)利名稱(chēng)：Li和Ni共摻雜的ZnO中的穩(wěn)定P型半導(dǎo)體特征的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開(kāi)總體上涉及半導(dǎo)體技術(shù)，并且更具體地涉及與穩(wěn)定P型ZnO薄膜生長(zhǎng)相關(guān)的技術(shù)。
背景技術(shù)：
除非在本文中另外指出，在本部分中描述的方法不是針對(duì)本申請(qǐng)中的權(quán)利要求的現(xiàn)有技術(shù)，且并非通過(guò)包含在該部分中而承認(rèn)其為現(xiàn)有技術(shù)?；诙O管的光源日常應(yīng)用于從指示器中的閃爍光至現(xiàn)代通信系統(tǒng)、照明應(yīng)用、 光學(xué)儲(chǔ)存媒體等的眾多應(yīng)用中。在未來(lái)固態(tài)照明是用于廉價(jià)并且高效照明系統(tǒng)的圣杯 (holy grail)。方案是生產(chǎn)可以充當(dāng)減少全球變暖(低碳足跡)催化劑的可商購(gòu)、低成本并且成功高效的照明器件。早期方案依賴(lài)基于III-V的半導(dǎo)體材料以及制造方法，所述III-V 基半導(dǎo)體材料昂貴并且具有穩(wěn)定性問(wèn)題。由于ZnO的直接寬帶隙(3. 37eV)以及在室溫與GaN的激子結(jié)合能(25meV)和S^e 的激子結(jié)合能OaneV)比較的相對(duì)大的激子結(jié)合能(60meV)，ZnO總是被認(rèn)為是用于紫外發(fā)光二極管和激光二極管的最有希望的備選材料。來(lái)自基于ZnO的同質(zhì)結(jié)和異質(zhì)結(jié)的室溫電致發(fā)光的成功示例已經(jīng)證實(shí)該材料對(duì)于下一代短波長(zhǎng)光電器件是理想的。最近的研究集中在ρ型SiO的生長(zhǎng)上，其具有摻雜不對(duì)稱(chēng)以及ρ型導(dǎo)電性的穩(wěn)定性的問(wèn)題。已經(jīng)嘗試了所有可能的P型摻雜劑如第V族元素[N、P、As、Sb]、第I族和第IB族元素[Li、Na、K、Ag、 Cu]以實(shí)現(xiàn)SiO中的ρ型導(dǎo)電和紫外(UV)-電致發(fā)光。在SiO中的氧部位的氮取代顯示出有希望用于P型導(dǎo)電，并且許多組已經(jīng)報(bào)道了來(lái)自基于N摻雜SiO的同質(zhì)結(jié)的室溫電致發(fā)光。摻雜劑如P、As和Sb似乎是用于ZnO上的ρ型導(dǎo)電的好的備選。在第I族元素中，理論上，Li擁有淺接受能級(jí)。然而，從基于Li取代的(Liai)ZnO的同質(zhì)結(jié)沒(méi)有獲得電致發(fā)光。 與理論預(yù)測(cè)相反，在實(shí)驗(yàn)上觀(guān)察到在ZnO中的Li摻雜將電阻率顯著地增加數(shù)個(gè)量級(jí)并且使得其絕緣。概述本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施方案總體上可以涉及一種用于生長(zhǎng)穩(wěn)定ρ型鋰(Li)和過(guò)渡金屬共摻雜的氧化鋅(aio)薄膜的方法。一個(gè)示例性方法可以包括在靶室中提供Li和過(guò)渡金屬共摻雜的ZnO靶，在所述靶室中提供基板，并且燒蝕所述靶以在所述基板上形成薄膜。本公開(kāi)的另一個(gè)實(shí)施方案總體上可以涉及一種穩(wěn)定ρ型鋰(Li)和過(guò)渡金屬共摻雜的氧化鋅(SiO)薄膜，其中所述薄膜在室溫具有選自0.01至IQcm的電阻率，選自 IO17Cm-3至IO18CnT3的空穴濃度，以及選自80至250011^1的遷移率。在沉積該薄膜以后約100天內(nèi)空穴濃度保持在初始值的士20%之內(nèi)。
本公開(kāi)的又一個(gè)實(shí)施方案總體上可以涉及一種發(fā)光器件。一種示例性發(fā)光器件可以包括基板；氧化鋅(aiO)緩沖層；在所述ZnO緩沖層上的η型ZnO層；在所述η型SiO 層上的P型的鋰(Li)和過(guò)渡金屬共摻雜的ZnO層，所述ρ型的鋰(Li)和過(guò)渡金屬共摻雜的ZnO層在室溫具有選自0. 01至1 Ω cm的電阻率，選自IO17CnT3至IO18CnT3的空穴濃度，以及選自80至250(3!!^-1^的遷移率，在沉積ρ型的鋰和Ni共摻雜的ZnO薄膜以后約100天內(nèi)所述空穴濃度保持在初始值的士20%之內(nèi)；與所述η型ZnO層連接的第一電極；以及與所述ρ型ZnO層連接的第二電極。上述概述內(nèi)容僅是示例性的并且不意圖以任何方式限制。除以上描述的示例性的方面、實(shí)施方案和特征以外，其它方面、實(shí)施方案和特征通過(guò)參考附圖和下列詳細(xì)描述而將變得顯而易見(jiàn)。附圖簡(jiǎn)述從下列描述和后附權(quán)利要求書(shū)并且結(jié)合附圖，本公開(kāi)的前述和其它特征將變得更加完全顯而易見(jiàn)。這些附圖僅描繪根據(jù)本公開(kāi)的若干實(shí)施方案，因此不被認(rèn)為是其范圍的限制。將通過(guò)使用附圖描述本公開(kāi)的更多特征和細(xì)節(jié)。在附圖中

圖1示例在本公開(kāi)的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中用于生長(zhǎng)穩(wěn)定ρ型ZnO薄膜的示例性脈沖激光沉積設(shè)備的示意圖；圖2是在本公開(kāi)的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中用于操作圖1的設(shè)備以生長(zhǎng)穩(wěn)定ρ型 ZnO薄膜的示例方法的流程圖；圖3示例在本公開(kāi)的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中的示例性未摻雜的、Li單摻雜的、Ni 單摻雜的和Li-Ni共摻雜的ZnO薄膜的X射線(xiàn)衍射圖案；圖4是在本公開(kāi)的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中的示例性Ni單摻雜的和Li-Ni共摻雜的aio薄膜的電阻率的溫度依賴(lài)性的曲線(xiàn)圖；圖5A是在本公開(kāi)的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中的示例性L(fǎng)i-Ni共摻雜的ZnO薄膜的空穴濃度的溫度依賴(lài)性的曲線(xiàn)圖。圖5B是本公開(kāi)的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中的示例性L(fǎng)i-Ni共摻雜的ZnO薄膜的遷移率溫度變化曲線(xiàn)圖；圖5C是本公開(kāi)的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中的示例性L(fǎng)i-Ni共摻雜的ZnO薄膜的表觀(guān)空穴濃度關(guān)于UV暴露時(shí)間的曲線(xiàn)圖；圖5D是本公開(kāi)的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中的示例性L(fǎng)i-Ni共摻雜的ZnO薄膜的表觀(guān)空穴濃度作為沉積后時(shí)間的函數(shù)的曲線(xiàn)圖；圖6A是本公開(kāi)的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中的示例性M單摻雜ZnO薄膜的X射線(xiàn)光電子能譜(XPS)的曲線(xiàn)圖；圖6B是本公開(kāi)的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中的示例性L(fǎng)i-Ni摻雜ZnO薄膜的XPS光譜的曲線(xiàn)圖；圖7是在本公開(kāi)的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中的用于在基板上生長(zhǎng)基于ZnO的同質(zhì)結(jié)發(fā)光二極管(LED)的示例性方法的流程圖；和圖8是在本公開(kāi)的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中由圖7的方法制備的示例性L(fǎng)ED器件的橫截面圖。

發(fā)明內(nèi)容
在下列詳細(xì)描述中，對(duì)形成本發(fā)明的一部分的附圖進(jìn)行參考。在附圖中，除非上下文另外規(guī)定，類(lèi)似的附圖標(biāo)記可以指示類(lèi)似的部件。在詳細(xì)描述、附圖和權(quán)利要求中所述的示例性實(shí)施方案不意味著限定。在不背離在本文中提出的主題的精神或范圍的情況下，可以使用其它實(shí)施方案并且可以進(jìn)行其它變化。容易理解，如在本文中總體描述并且在附圖中示例的本發(fā)明的各個(gè)方面都可以以多種不同配置進(jìn)行排列、替代、組合和設(shè)計(jì)，它們都全部被明確地預(yù)期到并構(gòu)成本公開(kāi)的一部分。本公開(kāi)特別涉及與制備具有低電阻率和高霍爾遷移率的穩(wěn)定P型氧化鋅(SiO)薄膜相關(guān)的方法、設(shè)備和系統(tǒng)。在本公開(kāi)的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，可用通過(guò)脈沖激光沉積 (PLD)可以生長(zhǎng)鋰(Li)和過(guò)渡金屬如鎳(Ni)共摻雜的ρ型SiO薄膜。Li-Ni共摻雜ρ型SiO 薄膜與Li單摻雜ZnO膜比較可以具有在電阻率上的下降。Li-Ni共摻雜ρ型ZnO薄膜在室溫可以具有高遷移率的穩(wěn)定P型傳導(dǎo)。Li-Ni共摻雜ρ型ZnO薄膜甚至在UV照射下也可以是穩(wěn)定的。例如，Li-Ni共摻雜ρ型ZnO薄膜在室溫具有約0. 01至1 Ω cm(例如，0. 15 Ω cm) 的電阻率，IO17CnT3至1018cm_3 (例如，3. 2*1017cm_3)的空穴濃度，以及80至250011^1 (例如，130^11 s—1)的遷移率。代替PLD，可以使用其它的物理氣相沉積技術(shù)，如濺射、分子束外延，以及化學(xué)氣相沉積(例如，金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積)。圖1示例用于生長(zhǎng)在本公開(kāi)的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中的穩(wěn)定ρ型ZnO薄膜102的示例性脈沖激光沉積設(shè)備100的示意圖。P型ZnO薄膜102可以是Li-Ni共摻雜ρ型ZnO薄膜。設(shè)備100可以包括激光器104、具有石英窗108的真空靶室106、在可旋轉(zhuǎn)靶支架112 上的靶110、在可加熱基板支架116上的基板114、真空泵118以及氧源120。靶110可以是 Li-Ni摻雜的η型ZnO靶。激光器104可以提供穿過(guò)石英窗108并且擊大真空靶室106中的旋轉(zhuǎn)靶110的脈沖激光束122。可以將材料從靶110燒蝕(例如，蒸發(fā))并且可以將煙羽 (plume) 124作為薄膜102沉積在加熱的基板114上。激光器104可以是Q轉(zhuǎn)換Nd: YAG (釹摻雜的釔鋁石榴石)激光器?；?14可以是石英基板或具有一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體層的器件基板。圖2是在本公開(kāi)的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中用于操作設(shè)備100以生長(zhǎng)薄膜102的示例性方法200的流程圖。方法200可以包括模塊202、204、206、208、210、212和214。方法 200可以由人操作者或計(jì)算機(jī)程序使用半導(dǎo)體制造裝備或它們的組合實(shí)現(xiàn)。在模塊202中，制備Li-Ni摻雜的η型ZnO靶110并且將其安裝在可旋轉(zhuǎn)靶支架 112上。關(guān)于靶100的化學(xué)式可以為Zni_x_yLixNiy0。Li的摩爾百分?jǐn)?shù)可以在1至3摩爾％ 的范圍內(nèi)，并且Ni的摩爾百分?jǐn)?shù)可以在1至2摩爾％的范圍內(nèi)。在本公開(kāi)的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，χ = 0. 02并且y = 0. 02。在本公開(kāi)的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，靶110可以通過(guò)固態(tài)反應(yīng)方法形成，其中將化學(xué)計(jì)量的&10、碳酸鋰(Li2CO3)和氧化鎳(NiO) (96摩爾％ Zn, 2摩爾％ Li和2摩爾％ Ni) 徹底混合并研磨60分鐘。可以將混合物在約750°C加熱12小時(shí)。可以將粉末再次研磨30 分鐘并且壓制成粒料?？梢詫⒘Ａ显?50°C燒結(jié)15小時(shí)。得到的粒料可以形成Li-Ni共摻雜的η型SiO多晶靶110。在以上工藝中，當(dāng)燒結(jié)時(shí)可能難以控制粒料中的氧空位。燒結(jié)典型在大氣空氣中進(jìn)行以使得靶110可以含有形成η型導(dǎo)電性的許多氧空位。Li-Ni摻雜的η型ZnO靶100 的電阻率可以非常高(例如， KQcm)。為了提供清潔并且新鮮的靶表面以與入射的激光束相互作用，可以用砂紙移除靶 110的頂部表面，并且在實(shí)際沉積之前通過(guò)激光脈沖覆蓋靶的頂層約1分鐘。在模塊204中，制備基板114并且將其安裝在可加熱的基板支架116上。如上所述，基板114可以是石英或具有一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體層的器件基板。當(dāng)基板114是石英基板時(shí)，可以將其用使用乙醇、丙酮和去離子水的超聲清洗器清洗。當(dāng)基板114是器件基板時(shí)， 可以根據(jù)基板的材料對(duì)其進(jìn)行清洗。例如，對(duì)于硅基板，可以通過(guò)用氫氟酸(HF)蝕刻移除頂部二氧化硅(SiO2)層。在模塊206中，泵118可以將真空靶室106抽真空至所需壓力。在本公開(kāi)的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，所需壓力可以是約4*10_6毫巴(mb)(例如，在士 10%的范圍內(nèi))。在模塊208中，可以將可加熱基板支架116加熱并將基板114保持在所需溫度。在本公開(kāi)的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，所需溫度可以是約400°C (例如，在士 10°C的范圍內(nèi))。在模塊210中，氧源120可以將真空靶室106用氧填充至所需分壓。在本公開(kāi)的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，所需氧分壓可以為約0. 15毫巴(例如，在士 10%的范圍內(nèi))。在模塊212中，可旋轉(zhuǎn)靶支架112可以將靶114以所需每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)(RPM)旋轉(zhuǎn)，以使得激光器104不連續(xù)地沖擊相同的點(diǎn)。在本公開(kāi)的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，所需RPM可以為200。在模塊214中，激光器104可以在所需激光器參數(shù)下將靶114燒蝕所需持續(xù)時(shí)間以在基板114上生長(zhǎng)Li-Ni摻雜的ZnO薄膜102。如上所述，薄膜102在室溫具有低電阻率和高遷移率的穩(wěn)定P型導(dǎo)電性。在本公開(kāi)的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，所需持續(xù)時(shí)間可以為 5至30分鐘(例如，10分鐘)并且所需激光器參數(shù)可以如下波長(zhǎng) 193至355納米(nm) (例如，355nm)；能量 85至100毫焦耳(mj) /脈沖(例如，85mj/脈沖)；脈沖寬度 5至 25納秒(ns)(例如，19ns)；激光能流2. 5至3. 0焦耳/cm2 (例如，2. 7焦耳/cm2)，并且頻率 1至10赫茲(Hz)(例如，IOHz)。薄膜102可以為約300nm厚。與Li-Ni共摻雜的ZnO靶114相反，Li-Ni共摻雜的ZnO薄膜102可以主要沿纖鋅礦六方結(jié)構(gòu)的C-軸(002)方向取向。此外，可以通過(guò)調(diào)節(jié)真空靶室106中的氧分壓精確地控制薄膜102中的氧空位。因此，Li-Ni共摻雜的ZnO薄膜102顯示出具有合適的半導(dǎo)體性質(zhì)的穩(wěn)定P型導(dǎo)電性。用于比較，也可以使用方法200以相同的條件生長(zhǎng)SiCKavxLixOQ摩爾％的Li單摻雜ZnO薄膜)和SvyNiyO (2摩爾％的Ni單摻雜ZnO薄膜)薄膜。例如，Li單摻雜的和 Ni單摻雜的ZnO靶可以通過(guò)與Li-Ni共摻雜的ZnO靶相同的研磨和加熱條件但是僅使用 Li2CO3或NiO制備。通過(guò)得自荷蘭Almelo的PANalytical的X射線(xiàn)衍射儀V Pert Pro, 使用Cu Ka輻射分析示例性&ι0、Li單摻雜的ZnO薄膜、Ni單摻雜的ZnO薄膜和Li-Ni共摻雜的ZnO薄膜的晶相。通過(guò)得自加利福尼亞San Diego的QuantumDesign的物理性質(zhì)測(cè)量系統(tǒng)(PPMS)測(cè)量ZnO薄膜的電阻率、載流子濃度和霍爾遷移率。使用得自明尼蘇達(dá)州 Chanhassen 的 Physical Electronics, Inc.的 VersaProbe 進(jìn)行 X 射線(xiàn)光電子能譜(XPS) 測(cè)量。圖3顯示在本公開(kāi)的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中的示例性ZnO薄膜的X射線(xiàn)衍射(XRD)圖案。圖3包含顯示(002) ZnO峰的放大的插入圖。X射線(xiàn)衍射圖案揭示了 ZnO薄膜主要在纖鋅礦六方結(jié)構(gòu)的c軸(002)方向上取向。室溫電傳輸測(cè)量顯示Li單摻雜的ZnO薄膜具有虹103 Ω cm的高電阻率。由于該高電阻率，沒(méi)有對(duì)該薄膜進(jìn)行進(jìn)一步的霍爾效應(yīng)測(cè)量。圖4提供了在本公開(kāi)的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中的Ni單摻雜的和Li-Ni共摻雜的ZnO薄膜的電阻率的溫度依賴(lài)性?？梢郧宄乜闯?，Li-Ni共摻雜的ZnO薄膜具有約0. 15 Ω cm的最低電阻率，其與Li單摻雜的ZnO薄膜的最低電阻率比較小四個(gè)數(shù)量級(jí)。Ni單摻雜的ZnO薄膜顯示出0. 21 Ω cm的室溫電阻率。圖5A和5B顯示了在本公開(kāi)的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中的Li-Ni共摻雜的ZnO薄膜的霍爾測(cè)量的溫度依賴(lài)性(T-霍爾)。該薄膜顯示了整個(gè)溫度范圍內(nèi)的穩(wěn)定ρ型導(dǎo)電性，這表明在該體系中空穴是唯一的主要載流子。在室溫，該薄膜具有約3. 2*1017cm_3的空穴濃度和約UOcn^fiT1的遷移率。遷移率隨溫度降低而增加并且在5開(kāi)爾文(K)觀(guān)察到 leOcm—W1的最大值。圖5C顯示的是，在本公開(kāi)的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，即使將Li-Ni共摻雜的SiO 薄膜連續(xù)暴露至UV輻射(365nm) 120分鐘，P型導(dǎo)電性也高度穩(wěn)定。而且，發(fā)現(xiàn)空穴濃度隨 UV照射稍微增加，并且在40分鐘的暴露時(shí)間之后飽和，并且保持為相同值直至120分鐘的 UV暴露。圖5D示例了在本公開(kāi)的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中的在沉積以后空穴濃度與時(shí)間。 在100天的跨度中進(jìn)行若干次霍爾效應(yīng)測(cè)量，以檢查ρ型導(dǎo)電性隨時(shí)間的穩(wěn)定性。測(cè)量結(jié)果顯示，該薄膜甚至在100天以后也保持其ρ型特征，并且具有幾乎與在沉積當(dāng)天得到的空穴濃度相同的空穴濃度(例如，士20%)。例如，空穴濃度起始為約3.2*1017cm_3，并且在100 天內(nèi)在2.8*1017Cm_3至3.6*1017Cm_3(士 15% )的范圍內(nèi)。該結(jié)果清楚地表明Li-Ni共摻雜 ρ型ZnO薄膜是高度穩(wěn)定的。令人驚奇地注意到，與雙受體摻雜的Li-N共摻雜ρ型ZnO體系對(duì)比，Li-Ni共摻雜ρ型ZnO薄膜表現(xiàn)出約0. 15 Ω cm的低電阻率。該低的電阻率、高的遷移率和穩(wěn)定ρ型導(dǎo)電性可以解釋如下。理論計(jì)算已經(jīng)報(bào)道，歸因于鐵磁性(FM)和反鐵磁性(AFM)狀態(tài)的最小總能量，雖然將Li和Ni共摻雜到ZnO中，但Li離子傾向于取代Ni離子附近的部位。其他人已經(jīng)報(bào)道了，當(dāng)將過(guò)渡金屬(TM)單獨(dú)摻雜到SiO中時(shí)有利于穩(wěn)定TM2+構(gòu)造，而將另外的空穴引入到ZnO體系中時(shí)有利于TM3+構(gòu)造。因而在Li-Ni共摻雜的ZnO體系中，Li離子很可能處于Ni離子的最接近部位，因此促進(jìn)Ni2+成為Ni3+。在Ni單摻雜的ZnO體系中，對(duì)于 Ni離子最有利狀態(tài)為Ni2+。這通過(guò)如圖6Α和6Β中所示的XPS測(cè)量得以證實(shí)。在共摻雜體系中，與(Li，Al)和(N，In)共摻雜的ZnO體系類(lèi)似，Ni3+離子將充當(dāng)反應(yīng)性供體，并且通過(guò)形成Li-Ni配合物而提高Li的溶解極限。圖6A提供了 Ni單摻雜的ZnO薄膜的XPS光譜。對(duì)于2摩爾％的Ni單摻雜的SiO 薄膜，由以853. 63eV和855. 74eV為中心的兩個(gè)峰組成的Ni 2p3/2能級(jí)分別對(duì)應(yīng)于Ni2+和 Ni3+化學(xué)態(tài)。發(fā)現(xiàn)Ni3+與Ni2+離子的面積比(附3+/附2+)為2.6。圖6B顯示對(duì)于Li-Ni共摻雜的ZnO薄膜，對(duì)應(yīng)于Ni2+和Ni3+化學(xué)態(tài)的峰分別以853. 49eV和855. 85eV為中心。對(duì)于該共摻雜體系Ni3+/Ni2+離子的面積比為7. 8。這清楚地表明在Li-Ni共摻雜的ZnO體系中，M離子的最有利的化學(xué)態(tài)為附3+。穩(wěn)定ρ型ZnO薄膜可以用于多種應(yīng)用，如與N型SiO結(jié)合的UV/藍(lán)色激光二極管和發(fā)光二極管。通過(guò)使用適當(dāng)?shù)谋额l，從ZnO異質(zhì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的UV光可以用于水純化。穩(wěn)定P型ZnO薄膜還可以用于稀磁半導(dǎo)體(DMS)，所述稀磁半導(dǎo)體(DMS)在自旋電子學(xué) (spintronics)的新興領(lǐng)域具有潛在應(yīng)用。概括地，穩(wěn)定ρ型ZnO薄膜通?？梢栽诠虘B(tài)發(fā)光、自旋電子學(xué)、記憶儲(chǔ)存、光學(xué)讀取/書(shū)寫(xiě)器件和儲(chǔ)存器件中找到應(yīng)用。圖7是在本公開(kāi)的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中用于在基板802上生長(zhǎng)基于ZnO的同質(zhì)結(jié)發(fā)光二極管(LED)800(圖8)的示例性方法700的流程圖。方法700可以包括模塊702、 704,706和708。方法700可以由人操作者或計(jì)算機(jī)程序使用半導(dǎo)體制造裝備或它們的組合完成。在模塊702中，可以在基板802上生長(zhǎng)ZnO緩沖層804?；?02可以是藍(lán)寶石。 緩沖層804可以是未摻雜的本征ZnO層。可以在100至300毫巴氧的靶室壓力下使用PLD 生長(zhǎng)緩沖層804。緩沖層804可以為lOOnm。在模塊704中，可以在緩沖層804上生長(zhǎng)η型ZnO層806。N型層806可以是鋁 (Al)摻雜的ZnO薄膜。典型地，2摩爾％的Al摻雜的ZnO提供IO19CnT3量級(jí)的電子濃度。在本公開(kāi)的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，η型層806可以使用PLD用Al摻雜的ZnO靶生長(zhǎng)。將Al2O3和ZnO粉末的化學(xué)計(jì)量混合物O摩爾0Z0 Al和98摩爾0Z0 Zn)研磨約1小時(shí)。將粉末在1，000°C加熱15小時(shí)。將粉末再次研磨30分鐘并且壓制成粒料。將粒料在 1，200°C燒結(jié)M小時(shí)。得到的粒料可以形成Al摻雜的ZnO靶。上述方法200可以用于用Al摻雜的ZnO靶生長(zhǎng)η型層806。為了實(shí)現(xiàn)結(jié)晶和外延薄膜，生長(zhǎng)溫度和靶室壓力可以為600°C和10_2毫巴的氧。N型層806可以為500nm。在模塊706中，可以在η型層806上生長(zhǎng)Li-Ni共摻雜的ρ型ZnO層808?？梢允褂蒙鲜龇椒?00生長(zhǎng)ρ型層808。P型層808可以為300nm。在模塊708中，可以分別在η型層806和ρ型層808上形成η型電極810和ρ型電極812。電極810和812可以是Ti/Au電極，其通過(guò)連續(xù)沉積Ti以及隨后的Au而形成。圖8是在本公開(kāi)的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中示例性的基于SiO的同質(zhì)結(jié)LED 800。 LED 800可以包括藍(lán)寶石基板802，在所述基板上的ZnO緩沖層804，在所述緩沖層上的η型 ZnO層806，在所述η型層上的Li-Ni共摻雜的ρ型ZnO層808，在所述η型層上的η型電極 810，以及在所述ρ型層上的ρ型電極812。在系統(tǒng)的各方面的硬件和軟件執(zhí)行之間幾乎沒(méi)有差別；硬件或軟件的使用通常是 (但是不總是，在某些情況下，硬件和軟件之間的選擇可以變得重要)表現(xiàn)成本相對(duì)于效率的折中的設(shè)計(jì)選擇。存在可以實(shí)現(xiàn)本文中描述的方法和/或系統(tǒng)和/或其它技術(shù)的多種媒介(例如，硬件、軟件和/或固件)，并且優(yōu)選的媒介將隨著所開(kāi)展的方法和/或系統(tǒng)和/或其它技術(shù)的具體情況而變化。例如，如果執(zhí)行者確定速度和精度是最重要的，執(zhí)行者可以主要選擇硬件和/或固件媒介；如果靈活性是極為重要的，則執(zhí)行者可以主要選擇軟件實(shí)現(xiàn)； 或者，再備選地，執(zhí)行者可以選擇硬件、軟件和/或固件的組合。上述詳細(xì)描述已經(jīng)經(jīng)由模塊圖、流程圖和/或?qū)嵗o出了器件和/或方法的各種實(shí)施方案。在這樣的模塊圖、流程圖和/或?qū)嵗幸粋€(gè)或多個(gè)功能和/或操作的情況下， 本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的是，可以通過(guò)寬范圍的硬件、軟件、固件或事實(shí)上它們的任何組合而單獨(dú)地和/或共同地執(zhí)行這樣的模塊圖、流程圖或?qū)嵗齼?nèi)的每一項(xiàng)功能和/或操作。在一個(gè)實(shí)施方案中，可以經(jīng)由專(zhuān)用集成電路(ASIC)、現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)、數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)或其它集成形式執(zhí)行本文中描述的主題中的若干部分。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，本文中公開(kāi)的實(shí)施方案的一些方面整體地或部分地可以實(shí)施于集成電路中，作為在一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)程序(例如，作為在一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上運(yùn)行的一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)程序)，作為在一個(gè)或多個(gè)處理器上運(yùn)行的一個(gè)或多個(gè)程序(例如，作為在一個(gè)或多個(gè)微處理器上運(yùn)行的一個(gè)或多個(gè)程序)，作為固件，或事實(shí)上作為它們的任何組合，并且設(shè)計(jì)電路和/或書(shū)寫(xiě)用于軟件或固件的代碼在考慮到本公開(kāi)后將在本領(lǐng)域技術(shù)人員的能力范圍內(nèi)。另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的是，本文中所述的主題的機(jī)制能夠作為以多種形式的程序產(chǎn)品推廣，并且在本文中描述的主題的示例性實(shí)施方案適用，而與用于實(shí)際上進(jìn)行推廣的攜帶信號(hào)的媒體的具體類(lèi)型無(wú)關(guān)。攜帶信號(hào)的媒體的實(shí)例包括但不限于下列各項(xiàng)可記錄型媒體如軟盤(pán)、硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器、光盤(pán)(⑶)、數(shù)字視頻盤(pán)(DVD)、 數(shù)字磁帶、計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器等；以及傳輸型媒體如數(shù)字和/或模擬通信媒體(例如，光纜、波導(dǎo)管、有線(xiàn)數(shù)據(jù)通道、無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)通道等)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，現(xiàn)有技術(shù)中通常是以本文中給出的方式描述器件和/ 或方法，并且其后使用工程實(shí)踐將所描述的器件和/或方法集成到數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中。艮口， 本文中所述的器件和/或工藝中的至少一部分可以經(jīng)由合理量的試驗(yàn)而集成到數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，典型的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)通常包括一個(gè)或多個(gè)系統(tǒng)單元外殼、視頻顯示器、儲(chǔ)存器如非永久性和永久性?xún)?chǔ)存器、處理器如微處理器和數(shù)字信號(hào)處理器，計(jì)算實(shí)體如操作系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)、圖形化用戶(hù)界面以及應(yīng)用程序，一個(gè)或多個(gè)交互設(shè)備如觸摸板或觸摸屏，和/或控制系統(tǒng)，包括反饋電路和控制馬達(dá)(例如，用于檢測(cè)位置和/或速度的反饋電路；用于移動(dòng)和/或調(diào)整部件和/或量的控制馬達(dá))。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)可以利用任何合適的可商購(gòu)部件執(zhí)行，例如可以在數(shù)據(jù)計(jì)算/通信和/或網(wǎng)絡(luò)計(jì)算/通信系統(tǒng)中找到的那些。在本文中描述的主題有時(shí)說(shuō)明在其他部件中包含的，或與其他部件連接的不同的部件。應(yīng)當(dāng)理解，所描述的構(gòu)造僅僅是示意性的，并且事實(shí)上可以實(shí)現(xiàn)許多其他構(gòu)造，它們獲得相同的功能性。在概念意義上，將用于實(shí)現(xiàn)相同功能性的任何部件排列有效地“聯(lián)系” 以使得得到所需功能性。因此，可以將用于獲得具體功能性而結(jié)合的本文中的任何兩個(gè)部件視為彼此“聯(lián)系”以使得獲得所需功能性，而不管構(gòu)造或中間部件。類(lèi)似地，還可以將所聯(lián)系的任何兩個(gè)部件視為彼此“可操作連接”或“可操作配對(duì)”以實(shí)現(xiàn)所需功能性，并且能夠如此聯(lián)系的任何兩個(gè)部件還可以被視為是彼此“可操作配對(duì)的”，從而實(shí)現(xiàn)所需功能性。可操作配對(duì)的具體實(shí)例包括但不限于可物理配合和/或物理相互作用部件，和/或可無(wú)線(xiàn)相互作用的和/或無(wú)線(xiàn)相互作用下的部件，和/或邏輯相互作用下的和/或可邏輯相互作用的部件。本文中基本上關(guān)于任何復(fù)數(shù)和/或單數(shù)術(shù)語(yǔ)，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以將復(fù)數(shù)變?yōu)閱螖?shù)和/或?qū)螖?shù)變?yōu)閺?fù)數(shù)，只要對(duì)于上下文和/或應(yīng)用而言合適即可。為了清楚起見(jiàn)，在本文中可能明確地給出多個(gè)單數(shù)/復(fù)數(shù)置換。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，通常，本文使用的術(shù)語(yǔ)，并且特別是在后附權(quán)利要求 (例如，后附權(quán)利要求的主體)中使用的術(shù)語(yǔ)，通常意在作為“開(kāi)放式”術(shù)語(yǔ)(例如，術(shù)語(yǔ)“包括……的”應(yīng)當(dāng)解釋為“包括但不限于……的”，術(shù)語(yǔ)“具有”應(yīng)當(dāng)解釋為“至少具有”，術(shù)語(yǔ) “包括”應(yīng)當(dāng)解釋為“包括但不限于”，等)。本領(lǐng)域技術(shù)人員還應(yīng)當(dāng)理解的是，如果預(yù)期進(jìn)行具體數(shù)量的所引導(dǎo)的權(quán)利要求列舉項(xiàng)，將在權(quán)利要求中明確敘述這樣的預(yù)期，并且在沒(méi)有這種敘述的情況下，這樣的預(yù)期不存在。例如，為了幫助理解，下列后附權(quán)利要求可以含有用于引導(dǎo)權(quán)利要求列舉項(xiàng)的引導(dǎo)短語(yǔ)“至少一個(gè)”和“一個(gè)或多個(gè)”的使用。然而，不應(yīng)當(dāng)將這樣的短語(yǔ)的使用解釋為暗指的是，不定冠詞“一個(gè)(a)”或“一個(gè)(an)”將含有所引導(dǎo)的權(quán)利要求列舉項(xiàng)的任何具體權(quán)利要求限定為含有單獨(dú)一個(gè)該列舉項(xiàng)的發(fā)明，即使是在相同的權(quán)利要求中包括引導(dǎo)短語(yǔ)“一個(gè)或多個(gè)”或“至少一個(gè)”以及不定冠詞例如“一個(gè)(a) ”或 “一個(gè)(an)”的情況下(例如，“一個(gè)(a)”或“一個(gè)(an) ”通常應(yīng)當(dāng)解釋為是指“至少一個(gè)” 或“一個(gè)或多個(gè)”)；對(duì)于用于引導(dǎo)權(quán)利要求列舉項(xiàng)的定冠詞的使用也如此。此外，即使清楚地?cái)⑹鎏囟〝?shù)量的所引導(dǎo)的權(quán)利要求列舉項(xiàng)，本領(lǐng)域技術(shù)人員也將認(rèn)識(shí)到，應(yīng)當(dāng)將這樣的列舉項(xiàng)通常應(yīng)解釋為是指至少所敘述的數(shù)量(例如，在沒(méi)有其他修飾的情況下的“兩個(gè)列舉項(xiàng)”的無(wú)限定列舉通常是指至少兩個(gè)列舉項(xiàng)，或兩個(gè)以上列舉項(xiàng))。此外，在使用類(lèi)似于 “A、B和C中的至少一個(gè)等”的約定語(yǔ)的情況下，通常，這樣的句子在一定意義上是指本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的約定語(yǔ)(例如，“具有A、B和C中的至少一個(gè)的系統(tǒng)”將包括但不限于這樣的系統(tǒng)，其單獨(dú)具有A，單獨(dú)具有B，單獨(dú)具有C，共同具有A和B，共同具有A和C，共同具有B和C，和/或共同具有A、B和C，等)。在使用類(lèi)似于“A、B或C中的至少一個(gè)等”的約定語(yǔ)的情況下，通常，這樣的構(gòu)造在一定意義上是指本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的約定語(yǔ)(例如，“具有A、B或C中的至少一個(gè)的系統(tǒng)”將包括但不限于這樣的系統(tǒng)，其單獨(dú)具有A，單獨(dú)具有B，單獨(dú)具有C，共同具有A和B，共同具有A和C，共同具有B和C，和/或共同具有A、B 和C，等)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將進(jìn)一步理解的是，事實(shí)上，表示兩個(gè)以上備選術(shù)語(yǔ)的任何分離性詞語(yǔ)和/或短語(yǔ)，不論在說(shuō)明書(shū)、權(quán)利要求書(shū)還是附圖中，都應(yīng)當(dāng)被理解為考慮包括術(shù)語(yǔ)中的一個(gè)，術(shù)語(yǔ)中的任意一個(gè)或兩個(gè)術(shù)語(yǔ)的可能性。例如，短語(yǔ)“A或B”將理解為包括“A” 或“B”或“A和B”的可能性。 盡管已經(jīng)在本文中公開(kāi)了各個(gè)方面和實(shí)施方案，但是其他方面和實(shí)施方案對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見(jiàn)的。在本文中公開(kāi)的多個(gè)方面和實(shí)施方案用于解釋而不是意欲限制，并且真實(shí)范圍和精神由后附權(quán)利要求書(shū)規(guī)定。
權(quán)利要求
1. 一種用于生長(zhǎng)穩(wěn)定ρ型鋰(Li)和過(guò)渡金屬共摻雜的氧化鋅(aio)薄膜的方法，所述方法包括在靶室中提供Li和過(guò)渡金屬共摻雜的ZnO靶；在所述靶室中提供基板；和燒蝕所述靶以在所述基板上形成薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述過(guò)渡金屬是鎳(Ni)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述靶具有式avx_yLixNiy0，其中χ在0.01至0.03 的范圍內(nèi)，并且y在0.01至0. 02的范圍內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中χ為0.02并且y為0. 02。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，所述方法還包括形成所述靶，包括將碳酸鋰、氧化鎳和氧化鋅混合并研磨以形成混合物；將所述混合物在約750°C加熱約12小時(shí)；將粉末研磨并壓制為粒料；以及將所述粒料在約950°C燒結(jié)約15小時(shí)以形成所述靶，所述靶具有η型導(dǎo)電性。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，所述方法還包括將所述靶室抽真空至約4*10_6毫巴。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，所述方法還包括將氧氣引入到所述靶室中至約0.15毫巴的分壓。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，所述方法還包括將所述基板加熱至約400°C。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，所述方法還包括旋轉(zhuǎn)所述靶。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中將所述靶用在下列條件下操作的脈沖激光燒蝕 選自193至355納米的波長(zhǎng)，選自85至100毫焦耳/脈沖的能量，選自5至25納秒的脈沖寬度，選自1至10赫茲的頻率，選自2. 5至3.0焦耳/cm2的激光能流，以及選自5至30分鐘的持續(xù)時(shí)間。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述波長(zhǎng)為355納米，所述能量為85毫焦耳/ 脈沖，所述脈沖寬度為19納秒，所述頻率為10赫茲，激光能流為2. 7焦耳/cm2，并且所述持續(xù)時(shí)間為10分鐘。
12.一種穩(wěn)定ρ型鋰(Li)和過(guò)渡金屬共摻雜的氧化鋅(SiO)薄膜，所述薄膜在室溫具有選自0.01至IQcm的電阻率，選自IO17CnT3至IO18CnT3的空穴濃度，以及選自80至 250^^8-1的遷移率，在沉積所述薄膜以后約100天內(nèi)空穴濃度保持在初始值的士20%之內(nèi)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的薄膜，其中所述過(guò)渡金屬為鎳(Ni)。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的薄膜，其中所述電阻率為約0.15 Ω cm,所述空穴濃度為約 3. 2*1017cnT3，并且所述遷移率為nOcmW1。
15.一種發(fā)光器件，所述發(fā)光器件包括基板；氧化鋅(aio)緩沖層；在所述ZnO緩沖層上的η型ZnO層；在所述η型ZnO層上的ρ型鋰(Li)和過(guò)渡金屬共摻雜的ZnO層，所述ρ型Li和過(guò)渡金屬共摻雜的ZnO層在室溫具有選自0. 01至1 Ω cm的電阻率，選自1017cm_3至1018cm_3的空穴濃度，以及選自80至250(3!!^-1^的遷移率，在沉積所述ρ型Li和Ni共摻雜的ZnO薄膜以后約100天內(nèi)空穴濃度保持在初始值的士20%之內(nèi)； 與所述η型ZnO層連接的第一電極；以及與所述P型ZnO層連接的第二電極。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的器件，其中所述過(guò)渡金屬為鎳(Ni)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的薄膜，其中所述電阻率為約0.15 Ω cm,所述空穴濃度為約 3. 2*1017cnT3，并且所述遷移率為nOcmW1。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于生長(zhǎng)具有低電阻率和高遷移率的穩(wěn)定p型ZnO薄膜的方法。該方法包括在靶室中提供n型Li-Ni共摻雜的ZnO靶，在所述靶室中提供基板，并且燒蝕所述靶以在所述基板上形成薄膜。
文檔編號(hào)H01L33/26GK102549780SQ201080041994
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2010年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月26日
發(fā)明者E·森蒂爾·庫(kù)馬, M·S·拉馬錢(qián)德拉·勞 申請(qǐng)人:印度馬德拉斯理工學(xué)院