[发明专利]氧化锌半导体材料及其制备方法、半导体器件以及空调器

说明书

本发明公开一种氧化锌半导体材料及其制备方法、半导体器件以及空调器；所述氧化锌半导体材料的制备方法包括以下步骤：首先制备氧化锌缓冲层；其次在所述缓冲层上继续生长氧化锌薄膜，并在所述氧化锌薄膜中掺入第一元素和第二元素；所述第一元素的离子半径小于锌离子的半径，所述第二元素的离子半径大于氧离子的离子半径；最后对所述氧化锌薄膜进行升温后做退火处理。本发明技术方案通过在氧化锌薄膜中掺入两种不同类型的元素，以使第一元素和氧离子结合形成新的晶格引入了压应力，第二元素和锌离子结合形成新的晶格引入了张应力，在宏观上，氧化锌薄膜内部的拉应力和压应力会相互抵消，以形成了稳定的P型掺杂氧化锌半导体材料。

技术领域

本发明涉及空调器领域，特别涉及一种氧化锌半导体材料及其制备方法、半导体器件以及空调器。

背景技术

由宽禁带氧化锌半导体材料制成的元器件，具有击穿电压高、维持电场能力强、电子噪声小、可承受功率高等优点。氧化锌半导体材料应用的关键是要实现稳定的p型掺杂，由于氧化锌半导体材料本身存在大量缺陷以及非故意掺杂，使得材料本底载流子浓度较高，易形成n型氧化锌而较难实现p型氧化锌。近年来，理论计算和实验结果表明Ⅴ族元素和Ⅰ族元素都可作为p型氧化锌的受主掺杂，主要有：I族Li，Na掺杂，V族N，P，Sb等掺杂，以及其他共掺杂。但是，实现稳定、高载流子浓度的p型材料仍然存在困难。例如利用氮元素来掺杂可以得到较好的p型导电，但是稳定性很差，即使得到了p型导电，使用一段时间后氮元素会变成氮气流失，使半导体变回n型；使用共掺方法会引入较大的晶格畸变，导致晶体质量变差。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种氧化锌半导体材料及其制备方法、半导体器件以及空调器，旨在实现稳定的P型掺杂氧化锌半导体材料。

为实现上述目的，本发明提出的一种氧化锌半导体材料的制备方法，所述氧化锌半导体材料的制备方法包括以下步骤：

步骤S1：在基材上制备氧化锌薄膜，以形成氧化锌缓冲层；

步骤S2：在所述缓冲层上继续生长氧化锌薄膜，并在所述氧化锌薄膜中掺入第一元素和第二元素；所述第一元素的离子半径小于锌离子的半径，所述第二元素的离子半径大于氧离子的离子半径，以对所述氧化锌薄膜的进行P型掺杂；

步骤S3：当所述氧化锌薄膜的厚度达到预设厚度时，对所述氧化锌薄膜进行升温后做退火处理。

优选地，所述在所述氧化锌薄膜中掺入第一元素和第二元素具体为：

循环交替掺入第一元素和第二元素至所述氧化锌薄膜，且掺入第一元素和掺入第二元素之间的时间间隔为第一预设时长。

优选地，所述砷元素、铍元素均来源于高温蒸发气态源；

在每次掺入所述砷元素时，保持砷源气体开通第二预设时长；

在每次掺入所述铍元素时，保持砷源气体开通第三预设时长。

优选地，所述第一元素为铍元素，第二元素为砷元素。

优选地，掺杂了铍元素和砷元素后的氧化锌薄膜中，所述铍离子的数量占所述氧化锌薄膜中的总离子数量比例为0.1％，所述砷离子的数量占所述氧化锌薄膜中的总离子数量比例为0.5％。

优选地，所述步骤S1具体为：

对基材进行加热，并在基材加热到第一预设温度后，打开锌源气体和氧源气体，以在所述基材上制备氧化锌薄膜，形成氧化锌缓冲层；

所述第一预设温度大于或者等于510℃，且小于或者等于600℃。

优选地，在所述步骤S1和S2之间，所述氧化锌半导体材料的制备方法还包括：