[发明专利]磷掺杂生长ZnO量子点的方法

说明书

技术领域

本发明涉及ZnO量子点的生长方法，尤其是磷掺杂生长ZnO量子点的方法。

背景技术

ZnO是一种宽禁带化合物半导体材料，室温下的禁带宽度为3.37eV，激子束缚能高达60meV，使其更适合于在室温或更高温度下实现高功率的激光发射，是一种很有前途的紫外光电子器件材料。近年来半导体量子点材料在光电器件方面展示出诱人的前景，ZnO量子点作为宽禁带半导体量子点材料具有一些特殊的光电学性能，是其它量子点材料或ZnO体材料和薄膜材料所不具有的，半导体量子点的三维量子效应，导致体系载流子的有效态密度和能量发生显著变化，具有更大的带隙能量和更高的激子束缚能，更易于用作紫外半导体发光管和激光器。并且由于量子限制效应，量子点材料有一系列的导带和空带能级，使其呈现出特殊的电学性能。IC技术飞速发展的基础来自于电路功率器件特征尺寸的不断缩小，但是特征尺寸存在着物理极限，当接近极限时，器件和电路的性能发生劣化，这一严峻的形势迫使人们去研发靠电子的量子力学隧道效应工作的量子点器件：单电子隧穿器件和量子点逻辑器件。

因此提高量子点尺寸分布的均匀度、改善量子点的电学性能是实现纳米激光器和单电子器件的研究方向。引入杂质进行施主或受主掺杂是改变半导体电学性能的主要手段，目前已有很多关于引入掺杂剂形成p型ZnO薄膜的报道，磷的掺入会在ZnO中形成受主，借鉴磷的引入会对ZnO薄膜的电学性能进行调节，但至今还未有磷掺杂生长ZnO量子点的报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种磷掺杂生长ZnO量子点的方法。

本发明的磷掺杂生长ZnO量子点的方法，采用的是金属有机物化学气相沉积(MOCVD)法，包括以下步骤：

1)称量纯P₂O₅粉末0.1～10g，放入金属有机化学气相沉积装置的热蒸发器中，将清洗过的衬底放入金属有机化学气相沉积(MOCVD)装置生长室中，保持衬底与热蒸发器出口端之间的距离为1～3cm，生长室真空度至少抽至10^-2Pa，衬底加热升温到300～600℃，生长室通入纯氮气，氮气流量为5～20sccm，热蒸发器通入纯氧气，氧气流量为5～40sccm；

2)通过N₂鼓泡将纯二乙基锌(DEZn)带入生长室，控制热蒸发器温度在300～900℃，进行生长，在衬底上制得磷掺杂的ZnO量子点，氮气氛下冷却至室温。

上述的氮气纯度＞99.999％，氧气纯度＞99.999％，DEZn纯度＞99.999％，P₂O₅粉末纯度＞99.999％。所说的衬底可以是硅或蓝宝石。

本发明中，磷掺杂浓度可以通过改变热蒸发器的温度和P₂O₅粉末的用量进行调节。量子点的密度与尺寸可以通过调整气源流量、衬底温度和生长时间来控制。

本发明的有益效果在于：

1)设备简单，成本低。

2)本发明方法可以实现磷的掺杂浓度、量子点的密度与尺寸可控生长。

3)磷的引入可以改善ZnO量子点的电学性能。

4)制备的ZnO量子点光学性能良好，PL谱峰位于362～374nm处，与ZnO薄膜相比具有明显的蓝移。

附图说明

图1是根据本发明采用的金属有机物化学气相沉积装置生长室示意图，图中：1有机锌源载气进气管路，2氧源气体进气管路，3流量控制器，4衬底磷源进气管路，5衬底加热器，6样品架，7热蒸发器，8分子泵，9机械泵；

图2是本发明的磷掺杂ZnO量子点的SEM图；

图3是本发明的磷掺杂ZnO量子点的PL(光致发光谱)谱。

具体实施方式

以下结合图例，通过实例对本发明进一步的说明。

图1是根据本发明采用的金属有机物化学气相沉积装置生长室示意图，其中热蒸发器7是外壁绕有加热丝的石英管。

实施例1

以硅为衬底生长磷掺杂生长ZnO量子点，具体步骤如下：