稳定p型Li和过渡金属共掺杂的ZnO薄膜及器件的制作方法
【专利说明】稳定P型Li和过渡金属共掺杂的ZnO薄膜及器件
[0001]本申请是原案申请号为201080041994.1的发明专利申请(国际申请号:PCT/IB2010/001974，申请日:2010年8月10日，发明名称:Li和Ni共掺杂的ZnO中的稳定P型半导体特征)的分案申请。
[0002]对相关申请的交叉引用
[0003]本申请要求在2009年8月26日提交并且代理人案号为131-0011-1N的印度申请2054/CHE/2009 的权益。
技术领域
[0004]本公开总体上涉及半导体技术，并且更具体地涉及与稳定P型ZnO薄膜生长相关的技术。
【背景技术】
[0005]除非在本文中另外指出，在本部分中描述的方法不是针对本申请中的权利要求的现有技术，且并非通过包含在该部分中而承认其为现有技术。
[0006]基于二极管的光源日常应用于从指示器中的闪烁光至现代通信系统、照明应用、光学储存媒体等的众多应用中。在未来固态照明是用于廉价并且高效照明系统的圣杯(holy grail)。方案是生产可以充当减少全球变暖(低碳足迹)催化剂的可商购、低成本并且成功高效的照明器件。早期方案依赖基于πι-v的半导体材料以及制造方法，所述II1-V基半导体材料昂贵并且具有稳定性问题。
[0007]由于ZnO的直接宽带隙(3.37eV)以及在室温与GaN的激子结合能(25meV)和ZnSe的激子结合能(22meV)比较的相对大的激子结合能(60meV)，ZnO总是被认为是用于紫外发光二极管和激光二极管的最有希望的备选材料。来自基于ZnO的同质结和异质结的室温电致发光的成功示例已经证实该材料对于下一代短波长光电器件是理想的。最近的研究集中在P型ZnO的生长上，其具有掺杂不对称以及P型导电性的稳定性的问题。已经尝试了所有可能的P型掺杂剂如第V族元素[N、P、As、Sb]、第I族和第IB族元素[L1、Na、K、Ag、Cu]以实现ZnO中的P型导电和紫外(UV)-电致发光。在ZnO中的氧部位的氮取代显示出有希望用于P型导电，并且许多组已经报道了来自基于N掺杂ZnO的同质结的室温电致发光。掺杂剂如P、As和Sb似乎是用于ZnO上的P型导电的好的备选。在第I族元素中，理论上，Li拥有浅接受能级。然而，从基于Li取代的(LiZn)ZnO的同质结没有获得电致发光。与理论预测相反，在实验上观察到在ZnO中的Li掺杂将电阻率显著地增加数个量级并且使得其绝缘。
【发明内容】
[0008]本公开的一个实施方案总体上可以涉及一种用于生长稳定P型锂(Li)和过渡金属共掺杂的氧化锌(ZnO)薄膜的方法。一个示例性方法可以包括在靶室中提供Li和过渡金属共掺杂的ZnO靶，在所述靶室中提供基板，并且烧蚀所述靶以在所述基板上形成薄膜。
[0009]本公开的另一个实施方案总体上可以涉及一种稳定p型锂(Li)和过渡金属共掺杂的氧化锌(ZnO)薄膜，其中所述薄膜在室温具有选自0.01至IQcm的电阻率，选自117Cm 3至10 lscm 3的空穴浓度，以及选自80至250cm 2V 1S 1的迀移率。在沉积该薄膜以后约100天内空穴浓度保持在初始值的±20%之内。
[0010]本公开的又一个实施方案总体上可以涉及一种发光器件。一种示例性发光器件可以包括:基板；氧化锌(ZnO)缓冲层；在所述ZnO缓冲层上的η型ZnO层；在所述η型ZnO层上的P型的锂(Li)和过渡金属共掺杂的ZnO层，所述P型的锂(Li)和过渡金属共掺杂的ZnO层在室温具有选自0.01至I Ω cm的电阻率，选自117Cm 3至10 18cm 3的空穴浓度，以及选自80至250cm2V 1S 1的迀移率，在沉积P型的锂和Ni共掺杂的ZnO薄膜以后约100天内所述空穴浓度保持在初始值的±20%之内；与所述η型ZnO层连接的第一电极；以及与所述P型ZnO层连接的第二电极。
[0011]上述概述内容仅是示例性的并且不意图以任何方式限制。除以上描述的示例性的方面、实施方案和特征以外，其它方面、实施方案和特征通过参考附图和下列详细描述而将变得显而易见。
【附图说明】
[0012]从下列描述和后附权利要求书并且结合附图，本公开的前述和其它特征将变得更加完全显而易见。这些附图仅描绘根据本公开的若干实施方案，因此不被认为是其范围的限制。将通过使用附图描述本公开的更多特征和细节。
[0013]在附图中:
[0014]图1示例在本公开的一个或多个实施方案中用于生长稳定P型ZnO薄膜的示例性脉冲激光沉积设备的示意图；
[0015]图2是在本公开的一个或多个实施方案中用于操作图1的设备以生长稳定P型ZnO薄膜的示例方法的流程图；
[0016]图3示例在本公开的一个或多个实施方案中的示例性未掺杂的、Li单掺杂的、Ni单掺杂的和L1-Ni共掺杂的ZnO薄膜的X射线衍射图案；
[0017]图4是在本公开的一个或多个实施方案中的示例性Ni单掺杂的和L1-Ni共掺杂的ZnO薄膜的电阻率的温度依赖性的曲线图；
[0018]图5(a)是在本公开的一个或多个实施方案中的示例性L1-Ni共掺杂的ZnO薄膜的空穴浓度的温度依赖性的曲线图。
[0019]图5(b)是本公开的一个或多个实施方案中的示例性L1-Ni共掺杂的ZnO薄膜的迀移率温度变化曲线图；
[0020]图5(c)是本公开的一个或多个实施方案中的示例性L1-Ni共掺杂的ZnO薄膜的表观空穴浓度关于UV暴露时间的曲线图；
[0021]图5(d)是本公开的一个或多个实施方案中的示例性L1-Ni共掺杂的ZnO薄膜的表观空穴浓度作为沉积后时间的函数的曲线图；
[0022]图6Α是本公开的一个或多个实施方案中的示例性Ni单掺杂ZnO薄膜的X射线光电子能谱(XPS)的曲线图；
[0023]图6Β是本公开的一个或多个实施方案中的示例性L1-Ni掺杂ZnO薄膜的XPS光谱的曲线图；
[0024]图7是在本公开的一个或多个实施方案中的用于在基板上生长基于ZnO的同质结发光二极管(LED)的示例性方法的流程图；和
[0025]图8是在本公开的一个或多个实施方案中由图7的方法制备的示例性LED器件的横截面图。
【具体实施方式】
[0026]在下列详细描述中，对形成本发明的一部分的附图进行参考。在附图中，除非上下文另外规定，类似的附图标记可以指示类似的部件。在详细描述、附图和权利要求中所述的示例性实施方案不意味着限定。在不背离在本文中提出的主题的精神或范围的情况下，可以使用其它实施方案并且可以进行其它变化。容易理解，如在本文中总体描述并且在附图中示例的本发明的各个方面都可以以多种不同配置进行排列、替代、组合和设计，它们都全部被明确地预期到并构成本公开的一部分。
[0027]本公开特别涉及与制备具有低电阻率和高霍尔迀移率的稳定P型氧化锌(ZnO)薄膜相关的方法、设备和系统。在本公开的一个或多个实施方案中，可用通过脉冲激光沉积(PLD)可以生长锂(Li)和过渡金属如镍(Ni)共掺杂的P型ZnO薄膜。L1-Ni共掺杂p型ZnO薄膜与Li单掺杂ZnO膜比较可以具有在电阻率上的下降。L1-Ni共掺杂P型ZnO薄膜在室温可以具有高迀移率的稳定P型传导。L1-Ni共掺杂P型ZnO薄膜甚至在UV照射下也可以是稳定的。例如，L1-Ni共掺杂P型ZnO薄膜在室温具有约0.01至I Ω cm(例如，0.15 Ω cm)的电阻率，117Cm 3至10 lscm 3 (例如，3.2*1017cm 3)的空穴浓度，以及80至250cm2V 1S 1 (例如，ISOcm2V1s ')的迀移率。代替PLD，可以使用其它的物理气相沉积技术，如溅射、分子束外延，以及化学气相沉积(例如，金属有机化学气相沉积)