[发明专利]基于氮的施主-受主共掺氧化锌薄膜的制备方法

说明书

本发明公开一种基于氮的施主‑受主共掺氧化锌薄膜的制备方法，包括将基片放入ALD反应腔室中，对基片及腔室管道进行加热，然后依次进行多组分的复合沉积；所述复合沉积包括在第一次锌源沉积后，分别引入一次包含III主族元素X的施主掺杂源的掺杂沉积、第二次锌源沉积、至少两次氮掺杂源沉积及至少两次氧源沉积，形成N‑X‑N的共掺；所述氮掺杂源沉积和所述氧源的沉积顺序是先氧源沉积，后氮掺杂源沉积；所述包含III主族元素施主掺杂源沉积与所述第二次锌源沉积顺序是先包含III主族元素施主掺杂源沉积，后第二次锌源沉积。该方法可以对氧化锌薄膜进行原位的施主‑受主的共掺，以增加受主元素的掺入量，促进氧化锌薄膜的p型转变。

技术领域

本发明涉及氧化锌薄膜的制备技术领域，特别涉及基于氮的施主-受主共掺氧化锌薄膜的制备方法。

背景技术

半导体薄膜在微电子、光学、信息学等高新技术产业中发挥出十分重要的作用，发展高晶体质量半导体薄膜的制备与掺杂技术，特别是对于第三代半导体材料ZnO薄膜的制备、表征、掺杂极其特性研究，对于包括紫外波段发光材料、紫外探测器，高集成度光子学与电子学器件、太阳能电池等面向新能源的重要应用领域具有十分重要的意义。氧化锌作为一种新型的II－Ⅵ族直接带隙宽禁带化合物，具有大的室温禁带宽度3.37eV，而且自由激子结合能高达60meV，作为半导体材料越来越受到人们的重视。与其它宽禁带半导体材料相比，ZnO薄膜生长温度低，抗辐射性好，受激辐射有较低的阈值功率和很高的能量转换效率，这些优点使ZnO正成为光电子、微电子、信息等高新技术在十二五之后赖以继续发展的关键基础材料。然而本征ZnO由于存在缺陷，使得ZnO呈n型，p型ZnO薄膜制备是目前ZnO相关研究的热点和难点。氮掺杂虽然在理论上的计算使得p型ZnO的制备成为可能，但是众多实验表明，由于N元素在ZnO中固溶度较低，因此单独的N元素掺杂不能实现高载流子浓度和高迁移率的p型ZnO薄膜。为了解决该问题，受主-施主-受主的共掺被认为是制备出高质量的p-ZnO薄膜最优发展前景的方向之一。

近年来，制备ZnO薄膜的方法通常包括：如磁控溅射、金属有机化学气相沉积(MOCVD)、分子束外延(MBE)、激光脉冲沉积(PLD)和湿化学沉积等。这些制备工艺各有优缺点，从结晶情况来看以MOCVD和MBE法制备的薄膜质量较好。然而，MOCVD不能在原位进行薄膜的掺杂并且反应中存在的湍流和气流分布会影响膜的厚度和均匀性。MBE技术对于特定原子层位置的精确掺杂也难以实现。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可以对氧化锌薄膜进行原位的施主-受主的共掺，以增加受主元素的掺入量，促进氧化锌薄膜的p型转变的基于氮的施主-受主共掺氧化锌薄膜的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于氮的施主-受主共掺氧化锌薄膜的制备方法，包括：

将基片放入ALD反应腔室中，对基片及腔室管道进行加热，然后依次进行多组分的复合沉积；

所述复合沉积包括在第一次锌源沉积后，分别引入一次包含III主族元素X的施主掺杂源的掺杂沉积、第二次锌源沉积、至少两次氮掺杂源沉积及至少两次氧源沉积，形成N-X-N的共掺；所述氮掺杂源沉积和所述氧源的沉积顺序是先氧源沉积，后氮掺杂源沉积；所述包含III主族元素施主掺杂源沉积与所述第二次锌源沉积顺序是先包含III主族元素施主掺杂源沉积，后第二次锌源沉积。

本发明提供的基于氮的施主-受主共掺氧化锌薄膜的制备方法，采用原子层沉积方法，利用原子层沉积层层生长的特点，在氧化锌薄膜生长的过程中，掺入两次受主元素N和一次III主族施主掺杂元素X(X可以为B,Al,In,Ga)，形成受主-施主-受主共掺的氧化锌薄膜。施主和受主的共掺可以降低体系的马德隆能量，提高受主元素的掺入量，有利于氧化锌薄膜的p型转变。本发明制备工艺简单，沉积和掺杂过程易于控制，制备所得共掺氧化锌薄膜有利于提高氧化锌薄膜p型电学性质的稳定性。

附图说明