[发明专利]一种二维六方氮化硼薄膜掺杂获得p型电导的方法

说明书

一种二维六方氮化硼薄膜掺杂获得p型电导的方法，涉及半导体薄膜p型电导。设置三温区双管路化学气相沉积系统；第一温区第一管路放置BN前驱物，第二温区第二管路放置Mg源前驱物，第三温区放置反应衬底；生长阶段开始前先将真空度控制至低于10^‑4torr；氢气和氩气的氛围中对衬底进行800～1000℃退火处理；三温区分别加温至设置温度，第一温区为低温区，温度70～100℃；第二温区为中温区，温度400～900℃；第三温区为高温反应区，温度900～1200℃；第一管路和第二管路通载气，携带前驱物和杂质源至反应区混合反应；生长结束，在保护气体中自然冷却到室温，得二维六方氮化硼薄膜掺杂获得p型电导。

技术领域

本发明涉及半导体薄膜p型电导，尤其是涉及一种二维六方氮化硼薄膜掺杂获得p型电导的方法。

背景技术

二维六方氮化硼(h-BN)和石墨烯具有相似的二维结构，它同时又是优良的宽禁带半导体材料，禁带宽度达到6eV，在未来短波长二维光电子器件拥有巨大开发潜能和广阔应用前景。从光电子器件的制造角度来分析，为了实现光电转换功能，电注入和pn结仍然是主流结构，也就是说从材料合成走向实际器件应用，p、n型导电层的制备通常都扮演着关键性的角色，因此要实现未来h-BN二维光电器件应用，其p/n导电型薄层的研究，占据了最为至关重要的战略性枢纽地位。一旦高质量的pn结构得以实现，将很容易制备成h-BN薄膜的纳米光电器件。

但是，二维h-BN薄膜的本征缺陷(位错、空位等)所形成较深的施主、受主缺陷能级(>2.0eV)，激活能很高，难以得到n/p型导电性能，因此掺杂就成为h-BN薄膜电导实现的必由之路。已经有一些相关的文献从理论上讨论了h-BN的n、p型掺杂的可能性(V.Wang,N.Ma,H.Mizuseki,Y.Kawazoe.First-principles study of intrinsic defect properties inhexagonal BN bilayer and monolayer[J].Solid State Communications,2012,152(9):816-820)，但真正二维薄膜上的掺杂还没有成功。比较具有代表性的例子是，美国德州工业大学Jiang研究组(S.Majety,J.Li,X.K.Cao,R.Dahal,B.N.Pantha,J.Y.Lin,H.X.Jiang.Epitaxial growth and demonstration of hexagonal BN/AlGaN p-njunctions for deep ultraviolet photonics[J].Applied Physics Letters,2012,100(6):4.)，最近利用Mg掺杂的BN外延层(300nm)，成功地取代了AlGaN的p型层并应用在深紫外AlGaN基LED中，获得成功的器件制备，其表现出较低的电阻率(2.3Ωcm；而AlN:Mg的电阻率则高达104Ωcm)，为解决AlN器件中的p型接触难以实现的问题提出新的方向。这表明了h-BN该材料的本质特性上具有掺杂实现电导的可行性，而且在p型电导性质上具有优于传统宽禁带半导体(如AlGaN)的特性。但是，h-BN禁带很宽(高达5～6eV)，杂质更容易形成深能级，离化难度大。而且当其空间维度降低到原子单层2D的尺度，其困难度将更大。这是目前h-BN研究工作的巨大挑战。

发明内容

本发明旨在针对目前无法有效进行h-BN的p型掺杂，提供LED中pn结，通过简单的化学气相沉积CVD的方法，获得有稳定性能的h-BN，使其在原有优良性能的基础上进行Mg原子的p型掺杂，从而达到作为p型极而应用在pn结中目的的一种二维六方氮化硼薄膜掺杂获得p型电导的方法。

本发明包括以下步骤：

1)设置三温区双管路化学气相沉积系统；

2)第一温区第一管路放置BN前驱物，第二温区第二管路放置Mg源前驱物，第三温区放置反应衬底；

3)生长阶段开始前先将真空度控制至低于10^-4torr；