一种热氧化铝氮共掺碲化锌薄膜制备p-型氧化锌的方法技术

本发明专利技术公开了一种热氧化铝氮共掺碲化锌薄膜制备p‑型氧化锌的方法，属于半导体光电技术领域。本发明专利技术首先制备铝氮共掺杂碲化锌薄膜，之后通过热氧化的方法得到p‑型氧化锌。本发明专利技术解决了p‑型氧化锌掺杂时存在的自补偿效应、受主的固溶率低、受主在氧化锌中不稳定的问题。本发明专利技术有益于制备高稳定性、重复性佳、高质量的p‑型氧化锌材料。研究结果表明获得的p‑型氧化锌在紫外探测领域表现出深广的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种热氧化铝氮共掺碲化锌薄膜制备p-型氧化锌的方法
本专利技术属于半导体光电
，具体涉及一种制备p-型氧化锌的方法。
技术介绍
氧化锌属于Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体材料，通常情况下，氧化锌为稳定的六方纤锌矿型结构。氧化锌为直接带隙宽禁带的半导体材料。氧化锌的晶格常数a＝0.3249nm，c＝0.5207nm，禁带宽度在室温下约为3.3eV，激子束缚能为60meV，具有较低的发射阈值，可实现室温下的紫外受激发射。实验测得氧化锌中电子室温霍尔迁移率为200cm2/Vs，饱和迁移速率高，可以制备更高频率的半导体器件。氧化锌可以在较低的温度下生长，衬底选择具有多样性。氧化锌可通过合金化，因此在很大范围内调节其禁带宽度，因此在紫外光电器件方面具有很好的应用前景。基于以上特点，氧化锌成为国际范围半导体材料领域内的研究热点。目前，制约氧化锌器件应用的问题主要集中在如何制备稳定性好、可重复的高质量p-型氧化锌材料。但是由于氧化锌材料存在自补偿效应，使得其高质量的p-型掺杂非常难以获得。
技术实现思路
本专利技术的针对现有的p-型氧化锌掺杂时存在的自补偿效应、受主的固溶率低、受主在氧化锌中不稳定的技术问题，提供一种利用热氧化铝氮共掺碲化锌薄膜制备p-型氧化锌的方法。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：一种热氧化铝氮共掺碲化锌薄膜制备p-型氧化锌的方法，包括如下步骤：步骤一、清洗衬底：所述的衬底为石英衬底；步骤二、磁控溅射沉积制备铝氮共掺碲化锌薄膜：(1)、把碲化锌靶材和铝靶材分别安装在两个磁控溅射靶上，然后把步骤一清洗好的衬底放到真空室的控制台上，开始抽真空，加热衬底，通入溅射气体Ar和反应气体NH3；(2)、用挡板遮住衬底，进行碲化锌靶材和铝靶材等离子体预溅射10min，打开衬底挡板，进行薄膜沉积，得到铝氮共掺碲化锌薄膜，所得薄膜厚度为1μm；步骤三、热氧化铝氮共掺碲化锌薄膜：将步骤二得到的铝氮共掺碲化锌薄膜在压强为0.1MPa的氧气保护的条件下进行热退火处理，然后在0.1MPa的氧气保护条件下自然冷却至室温，得到p-型氧化锌，其空穴浓度为5.405×1017cm-3；本专利技术具有如下优点：1.溅射出的靶材粒子有较高的能量，与衬底的附着性较好，可在较低温度甚至室温下形成结晶薄膜，可在一些特殊衬底材料上实现低温下薄膜的沉积。2.通过调节沉积参数，可以改变薄膜的各方面性质。3.可以大面积制备。附图说明图1为实施例九至方式十二制备的铝氮共掺碲化锌薄膜样品的光学带宽曲线图；图2为实施例一至方式八制备的热氧化铝氮共掺碲化锌薄膜样品的光致发光图；图3为实施例四至方式七制备的热氧化铝氮共掺碲化锌薄膜样品的霍尔效应测量参数图。具体实施方式以下实施例为本专利技术的一些举例，不应被看作是对本专利技术的限定，凡是对本专利技术技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本专利技术技术方案的精神和范围，均应涵盖在本专利技术的保护范围中。具体实施例一：本实施例为热氧化铝氮共掺碲化锌薄膜制备p-型氧化锌的方法，具体是按以下步骤进行的：一、清洗衬底：所述的衬底为石英衬底；二、磁控溅射沉积制备铝氮共掺碲化锌薄膜：(1)、把碲化锌靶材和铝靶材分别安装在两个磁控溅射靶上，然后把步骤一清洗好的衬底放到真空室的控制台上，开始抽真空至真空室的真空度为5×10-5Pa，加热衬底至温度为300℃，通入溅射气体Ar和反应气体NH3使得真空室的压力保持在3Pa；所述的Ar和NH3的气体流速比为1:1；(2)、用挡板遮住衬底，在碲化锌靶材的直流射频溅射功率为150W和铝靶材的直流溅射功率为60W的条件下进行等离子体预溅射10min，打开衬底挡板，在碲化锌靶材的直流射频溅射功率为150W和铝靶材的直流溅射功率为60W的条件下进行薄膜沉积至薄膜厚度为1μm，得到铝氮共掺碲化锌薄膜；一、热氧化铝氮共掺碲化锌薄膜：将步骤二得到的铝氮共掺碲化锌薄膜在压强为0.1MPa的氧气保护的条件下进行热退火处理得到p型-氧化锌；所述的在压强为0.1MPa的氧气保护的条件下进行热退火处理得到p-型氧化锌的步骤为：将步骤二得到的铝氮共掺碲化锌薄膜在压强为0.1MPa的氧气保护和温度为200℃的条件下热退火60min，然后在0.1MPa的氧气保护条件下自然冷却至室温，得到氧化锌样品；具体实施例二：本实施例与具体实施例一的不同点是：步骤三中所述的热退火温度为300℃。其他与具体实施例一相同。具体实施例三：本实施例与具体实施例一或二的不同点是：步骤三中所述的热退火温度为400℃。其他与具体实施例一或二相同。具体实施例四：本实施例与具体实施例一至三的不同点是：步骤三中所述的热退火温度为500℃。其他与具体实施例一至三相同。具体实施例五：本实施例与具体实施例一至四的不同点是：步骤三中所述的热退火温度为600℃。其他与具体实施例一至四相同。具体实施例六：本实施例与具体实施例一至五的不同点是：步骤三中所述的热退火温度为700℃。其他与具体实施例一至五相同。具体实施例七：本实施例与具体实施例一至六的不同点是：步骤三中所述的热退火温度为800℃。其他与具体实施例一至六相同。具体实施例八：本实施例与具体实施例一至七的不同点是：步骤三中所述的热退火温度为900℃。其他与具体实施例一至七相同。具体实施例九：本实施例为制备铝氮共掺碲化锌薄膜的方法，具体是按以下步骤进行的：一、清洗衬底：所述的衬底为石英衬底；二、磁控溅射沉积制备铝氮共掺碲化锌薄膜：(1)、把碲化锌靶材和铝靶材分别安装在两个磁控溅射靶上，然后把步骤一清洗好的衬底放到真空室的控制台上，开始抽真空至真空室的真空度为5×10-5Pa，加热衬底至温度为300℃，通入溅射气体Ar和反应气体NH3使得真空室的压力保持在3Pa；所述的Ar和NH3的气体流速比为1:1；(2)、用挡板遮住衬底，在碲化锌靶材的直流射频溅射功率为150W和铝靶材的直流溅射功率为0W的条件下进行等离子体预溅射10min，打开衬底挡板，在碲化锌靶材的直流射频溅射功率为150W和铝靶材的直流溅射功率为0W的条件下进行薄膜沉积至薄膜厚度为1μm，得到铝氮共掺碲化锌薄膜。具体实施例十：本实施例与具体实施例九不同点是：步骤二中所述的铝靶材的直流溅射功率为30W。其他与具体实施例九相同。具体实施例十一：本实施例与具体实施例九至十不同点是：步骤二中所述的铝靶材的直流溅射功率为60W。其他与具体实施例九至十相同。具体实施例十二：本实施例与具体实施例九至十一不同点是：步骤二中所述的铝靶材的直流溅射功率为90W。其他与具体实施例九至十一相同。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热氧化铝氮共掺碲化锌薄膜制备p‑型氧化锌的方法，其特征在于所述方法步骤如下：一、清洗衬底；二、制备铝氮共掺碲化锌薄膜，制备方法包括：磁控溅射沉积、脉冲激光沉积、分子束外延、等离子体增强的化学气相沉积、光辅助或等离子体辅助的有机金属化学气相沉积等方法来实现。其中磁控溅射沉积制备铝氮共掺碲化锌薄膜具体步骤如下：(1)、把碲化锌靶材和铝靶材分别安装在两个磁控溅射靶上，然后将步骤一清洗好的衬底放置于真空室的控制台上，开始抽真空至一定真空度，并加热衬底至一定温度，通入溅射气体和反应气体，使得真空室的压力保持在一定压强；所述的溅射气体和反应气体的气体流速比为一定比例。(2)、用挡板遮住衬底，在一定功率的碲化锌靶材和一定功率的Al靶材条件下进行等离子体预溅射一定时间，打开衬底挡板，进行薄膜生长，最终得到一定厚度的铝氮共掺碲化锌薄膜薄膜；三、热氧化铝氮共掺碲化锌薄膜：将步骤二得到的铝氮共掺碲化锌薄膜在氧气保护的条件下进行热退火处理，然后在保护气下自然冷却至室温，最终得到p‑型氧化锌。

【技术特征摘要】
1.一种热氧化铝氮共掺碲化锌薄膜制备p-型氧化锌的方法，其特征在于所述方法步骤如下：一、清洗衬底；二、制备铝氮共掺碲化锌薄膜，制备方法包括：磁控溅射沉积、脉冲激光沉积、分子束外延、等离子体增强的化学气相沉积、光辅助或等离子体辅助的有机金属化学气相沉积等方法来实现。其中磁控溅射沉积制备铝氮共掺碲化锌薄膜具体步骤如下：(1)、把碲化锌靶材和铝靶材分别安装在两个磁控溅射靶上，然后将步骤一清洗好的衬底放置于真空室的控制台上，开始抽真空至一定真空度，并加热衬底至一定温度，通入溅射气体和反应气体，使得真空室的压力保持在一定压强；所述的溅射气体和反应气体的气体流速比为一定比例。(2)、用挡板遮住衬底，在一定功率的碲化锌靶材和一定功率的Al靶材条件下进行等离子体预溅射一定时间，打开衬底挡板，进行薄膜生长，最终得到一定厚度的铝氮共掺碲化锌薄膜薄膜；三、热氧化铝氮共掺碲化锌薄膜：将步骤二得到的铝氮共掺碲化锌薄膜在氧气保护的条件下进行热退火处理，然后在保护气下自然冷却至室温，最终得到p-型氧化锌。2.根据权利要求1所述的热氧化铝氮共掺碲化锌薄膜制备p-型氧化锌的方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：李炳生，李丽，姜春艳，余立冬，闫霖玉，宋东雨，赵静慧，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23