[发明专利]透明外延p-n异质结薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于单晶薄膜电子器件技术领域，特别涉及一种透明外延p-n异质结薄 膜及其制备方法。

背景技术

根据《半导体器件：物理与工艺》第2版(Semiconductor Devices：Physics and Technology，2nd ed.)(S.M.Size，Wiley，New，York，2002)介绍，半导体器件的 制备和研究已经有了125年的历史，自1998年开始，以半导体器件为基础核心的电 子工业已发展成为世界上规模最大的产业。大约有60种主要的原型器件和100多种 衍生器件被设计和制造出来，在这些器件中，p-n结和异质结是2种最基本的单元和 组成部分。

根据英国《自然》杂志(Nature 389，907-908，1997)和美国《科学》杂志(Science 300，1245-1246，2003)报道，透明导电氧化物(TCO)薄膜既具有电学上的导电 性、同时也具有光学视觉上的透明性，使得透明电路在军事、工业以及民用产业上 有巨大的应用前景。

根据美国《应用物理学快报》(Appl.Phys.Lett.92，102113，2008)报道，由于 钙钛矿结构氧化物具有丰富的物理性质(如：铁电性，铁磁性等)，基于钙钛矿结 构的p-n异质结在半导体器件技术领域中巨大的应用潜力而被得到广泛研究。

所以制备高质量且具有钙钛矿结构的透明外延薄膜p-n异质结对于探索和开发 新型半导体薄膜器件具有重要的现实意义。

根据英国《自然》(Nature 389，939-942，1997)报道，p型导电半导体材料很 多，但是p型透明导电材料十分匮乏，迄今为止，投入实际生产应用的TCO薄膜基 本全是n型半导体薄膜，在半导体器件的应用中只能作为无源器件如：光学涂层或 者透明电极来使用。因此，寻找性能优异的p型TCO材料对于制备真正的半导体透 明器件具有十分重要的意义。

根据美国《应用物理学快报》(Appl.Phys.Lett.83，5506-5508，2003)报道， 钙钛矿结构的锆钛酸铅(PbZr_0.52Ti_0.48O₃，即PZT)铁电薄膜由于其在非挥发性动态 铁电存贮器中巨大的应用前景被深入广泛研究。根据美国《科学》杂志(Science 299， 1719-1722，2003)报道，钙钛矿结构的铁酸铋(BiFeO₃，即BFO)因为是目前唯一 一个在室温下具有多铁性(同时具有铁电性和反铁磁性的)的材料而备受世界上的 科研工作者关注。

根据美国《物理学评论B》(Phys.Rew.B，59，11257-11266，1999)和《应用 物理学快报》(Appl.Phys.Lett.92，102113-102115)报道，当铁电薄膜(如PZT和 BFO)的厚度降低到一定的程度，由于氧空位和离子扩散等原因，其内部存在着比 较大的载流子浓度，可以被当做p型半导体薄膜。

根据美国《固态物理(a)》(Phys.Stat.Sol.(a)，71(1)，1982，13-41)、《材料 学快报》(Materials Letters，29，255-258，1996)和《应用物理A》(Apll.Phys.A， 69，93-96，1999)报道，锡掺杂氧化铟In2O3:Sn(ITO)、锑掺杂氧化锡SnO2:Sb (ATO)和铝掺杂氧化锌ZnO:Al(AZO)等目前已经被广泛应用于实际生产的TCO 薄膜都可以在可见光区得到高的透过率和电导率，但是由于具有多晶或者非晶结构 而不可能和其它单晶薄膜进行相互外延生长以及其它原因(如：铟丰度少价格高、 ITO在绿蓝光区吸收严重等)限制了这些TCO材料在半导体薄膜器件中的应用。