[发明专利]p型导电Sb掺杂SnO2薄膜和含有该薄膜的氧化锡同质pn结及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于透明导电材料技术领域，具体地说是涉及一种高电导率、高空穴浓度、高迁移率、高可见光透过率的p型导电Sb掺杂SnO₂薄膜和对应氧化锡同质pn结及其制备方法。

背景技术

透明导电氧化物（TCO）薄膜及其对应的透明pn结在紫外、紫蓝光波段的发光二极管(LED)，激光器(LD)，节能白光照明LED，气体传感器、太阳能电池、液晶显示器、智能窗等领域具有广泛的应用前景。虽然迄今已获得了各种高性能的n型TCO材料，如Sn掺杂In₂O₃(ITO)、Al掺杂ZnO(AZO)等等，但是由于氧化物半导体中的自补偿效应，很难通过掺杂获得高性能的p型TCO材料。由于金属氧化物材料中存在大量的氧空位、金属间隙原子以及其他类型的施主型缺陷，所以未经掺杂的氧化物材料一般都是n型的，即导带电子导电。由于缺乏性能良好的p型TCO材料，使得高性能透明pn结难以实现，而pn结是绝大多数半导体透明电子器件的基础元件，因此这严重阻碍了透明半导体薄膜在半导体领域的广泛应用。所以如何实现高性能TCO材料的p型掺杂并制备相应的透明pn结是实现TCO材料在光电领域广泛应用的关键。

现今国内外所报道的p型透明导电氧化物薄膜主要有两大类，一类是以铜铁矿结构为主的CuMO₂导电薄膜，另一类是受主掺杂的p型宽禁带氧化物，如掺Li的p型NiO和掺N的p型ZnO薄膜等。这些p型TCO材料的空穴载流子浓度和p型电导率分别在~10¹⁷cm^-3数量级和1 S×cm^-1以下。与n型TCO薄膜的性能相比，载流子浓度和电导率都低2~3个数量级，无法实现具有良好性能的宽禁带透明pn结。因此制备性能优异的p型导电薄膜显得更加重要。

与ZnO比较，二氧化锡（SnO₂）是一种很有发展潜力的宽禁带半导体材料，禁带宽度为3.5~4.0eV，更大的激子束缚能(SnO₂:130meV，ZnO:60meV)，作为室温发光材料，SnO₂具有更大潜力。因此，目前p型受主掺杂的SnO₂倍受关注，p-SnO₂的掺杂元素主要集中在Ⅰ和Ⅲ族元素，例如Li、Al、In等。Bagheri-Mohagheghi 等（M.M. Bagheri-Mohagheghi, M. S. Saremi, J. Appl. Phys. 37 (2004) 1248 and M.M. Bagheri-Mohagheghi, M.S.Saremi, Semicond. Sci. Technol.19(2004) 764.）通过喷雾热解法制备p型的Li掺SnO₂薄膜和Al掺SnO₂薄膜，其空穴浓度为～10¹⁸cm^-3数量级；季振国等（季振国，何振杰，一种P型导电的掺铟氧化物薄膜，专利申请号：03141558.X）采用溶胶-凝胶方法制备p型In掺SnO₂薄膜，其空穴浓度为10¹⁵~10¹⁶cm^-3数量级。目前制备的p型TCO薄膜空穴浓度都比较低，一般为10¹⁷~10¹⁸cm^-3数量级，其电阻率也比较高，并且还存在着重复性差和稳定性不好等问题。

迄今，关于p型SnO₂薄膜制备的文献报道不是很多，并且其研究工作主要采用溶胶-凝胶法和喷雾热解法。采用溶胶-凝胶法在玻璃基片上沉积薄膜时存在大面积薄膜的致密性和均匀性较差等问题，而且其厚度控制较难。

发明内容