專利名稱：一種p型ZnO納米線的制備方法
技術領域：
本發明涉及P型Zn0納米線的制備技術，砷摻雜制備p型Zn0納米線的方 法，屬于半導體材料領域，特別涉及一種采用化學氣相沉積方法利用砷的化合 物做為摻雜源，進行P型ZnO納米線的制備方法。
背景技術：
ZnO是繼GaN之后又一新型的寬帶隙半導體材料，具有較GaN材料更高的 激子束縛能，可以在室溫甚至于更高溫度下實現高效的與激子相關的發射。 與體材料或薄膜材料相比，ZnO納米線由于其在維度上受限，使激子束縛能 進一步增加，使其具有更高效的激子發射性能。為了實現其光電器件的應用， p型ZnO納米線的摻雜成為目前最重要的問題，同時也成為ZnO材料研究的前 沿方向。
P型ZnO的摻雜雜質通常為V族元素，如氮、磷、砷等。 一般認為氮在ZnO 中是一個淺受主能級，但是，由于ZnO納米線最常采用的制備方法是化學氣 相沉積方法，這種方法是在高溫的條件下制備ZnO納米線，氮的溶解度在高 溫下很低，難以實現氮的摻入。采用砷、磷等材料擴散的方法可以實現砷的 摻入，但是由于這種方法很難控制且通常是在生長以后進行的，砷、磷擴散 的同時也會造成ZnO納米線質量變差，從而影響后期器件的制備。
化學氣相沉積方法是制備ZnO納米線最常用的方法，利用這種方法可以 制備出高質量排列的未摻雜的n型ZnO納米線，而p型ZnO納米線的制備是目前 研究的熱點及難點。
發明內容
本發明的目的是克服目前p型ZnO納米線難以獲得的問題，提供一種利用砷的化合物蒸氣壓較高的特性，將砷的化合物與鋅粉作為氣相沉積的源材
料，在一定溫度下與氧反應可以實現砷摻雜的P型ZnO納米線的制備。由于這 種方法是基于熱平衡下進行的，可以獲得高質量的ZnO納米線，這對于實現 基于這種高質量P型ZnO納米線的ZnOp-n結發光二極管器件是十分有利的。 本發明的技術方案是-
本發明所述的砷摻雜的P型ZnO納米線是基于化學氣相沉積系統。砷摻雜 的p型ZnO納米線的制備工藝步驟如下。
(1) 對高純的鋅粉與砷的化合物的粉末按質量比2/l 100/l進行稱量 后，放入石英坩堝內，與清洗過的襯底一同放入化學氣相沉積系統 的石英管內；
(2) 將石英管內的壓力控制在1000Pa以下，開始加熱至400 70(TC范 圍內某一溫度點。通入氧氣，其流量為50-500ml/min，開始納米線 的生長；
(3) 根據所需的ZnO納米線長度控制生長時間，生長速度為O. 1 10u m/h;
(4) 生長完成后，關閉氧氣，關閉襯底加熱絲，緩慢降t顯到10(TC以下 取出樣品。
上述砷的化合物可以采用砷化鎵或砷化銦或砷化鋅等高蒸氣壓的砷的 化合物中的一種或幾種化合物。
襯底采用藍寶石、Si、 GaAs、 InP、 CaF2、石英、玻璃以及金屬襯底等 均可。
本發明通過調節鋅與砷的化合物的摩爾百分含量可以制備不同摻雜濃 度的砷摻雜P型ZnO納米線。本發明的效果及益處是提供一種簡單的砷摻雜的P型ZnO納米線的制備 方法，克服p型ZnO納米線制備困難的問題，進而可制備出p-n結型ZnO納米線 光電器件。
圖l是本發明采用的化學氣相沉積系統中內部沉積系統的示意圖，石英 管外部加熱腔體未給出。
圖中l為進氣口； 2為石英管；3為石英坩鍋；4為蒸發源；5為襯底；6
為抽氣口；
圖2是獲得的p型Zn0納米線的X射線衍射圖樣(XRD)。
具體實施例方式
以下結合技術方案和附圖詳細敘述本發明的具體實施例。 實施例l
生長直徑約為100nm的p型ZnO納米線陣列
(1) 對高純鋅粉與砷化鎵的粉末按質量比6/l進行稱量后，放入石英坩 堝內，與清洗過的硅襯底一同放入化學氣相沉積系統的石英管內。
(2) 將石英管抽真空至1000Pa以下，當溫度加熱至65(TC時，通入氧氣， 其流量為100ml/min，開始納米線的生長，生長時間為30分鐘。
(3) 生長完成后，關閉氧氣，關閉加熱電源，緩慢降溫到10(TC以下取 出樣品。
利用本發明，制備出了直徑約為100nm的p型ZnO納米線。X射線衍射譜表 明，只有ZnO (002)衍射峰出現，表明本發明方法制得的As摻雜的p型ZnO 納米線具有良好的結晶質量，掃描電子顯微鏡可以看出制備的ZnO納米線垂 直與襯底生長，且密度、直徑和長度均勻，其長度為1.5-2um，直徑約為100nm。
實施例2
生長直徑約為50nm的p型Zn0納米線陣列 (1)對高純鋅粉與砷化鎵的粉末按質量比6/l進行稱量后，放入石英坩
堝內，與清洗過的襯底一同放入化學氣相沉積系統的石英管內。 (3)將石英管抽真空至1000Pa以下，當溫度加熱至70(TC時，通入氧氣，
其流量為300ml/min，開始納米線的生長，生長時間為30分鐘。 (3)生長完成后，關閉氧氣，關閉加熱電源，緩慢降溫到100。C以下取
出樣品。
利用本發明，制備出了直徑約為50mn的p型ZnO納米線。X射線衍射譜表 明本發明方法制得的As摻雜的p型ZnO納米線具有良好的結晶質量，掃描電子 顯微鏡可以看出制備的ZnO納米線密度、直徑和長度均勻，其長度為2-3ym， 直徑約為50nm。 實施例3
本實施例和實施例1與實施例2的步驟大體相同，所不同之處是生長過程 采用砷化鋅與高純鋅粉做為蒸發源，其它生長條件幾乎一致。 實施例4
本實施例和實施例1與實施例2的步驟大體相同，所不同之處是生長過程 采用砷化銦與高純鋅粉做為蒸發源,其它生長條件幾乎一致。
權利要求
1.一種p型ZnO納米線的制備方法，其特征是步驟如下(1)對高純的鋅粉與砷的化合物的粉末按質量比2/1～100/1進行稱量后，放入石英坩堝內，與清洗過的襯底一同放入化學氣相沉積系統的石英管內；(2)將石英管內的壓力控制在1000Pa以下，開始加熱至400～700℃范圍內某一溫度點。通入氧氣，其流量為50-500ml/min，開始納米線的生長；(3)根據所需的ZnO納米線長度控制生長時間，生長速度為0.1～10μm/h；(4)生長完成后，關閉氧氣，關閉襯底加熱絲，緩慢降溫到100℃以下取出樣品。
2. 根據權利要求l所述的一種p型ZnO納米線的制備方法，其特征是利用 化學氣相沉積技術，采用砷的高蒸汽壓化合物為摻雜源，砷的化合物 可以是砷化銦、砷化鎵及砷化鋅等一種或幾種混合物來制備砷摻雜p 型ZnO納米線。
3. 根據權利要求1所述的一種p型ZnO納米線的制備方法，其特征是所說的襯底是A1203或Si或GaAs或InP或CaF2或Si02或玻璃或金屬襯底。
全文摘要
一種p型ZnO納米線的制備方法，屬于半導體摻雜技術領域，本發明涉及p型ZnO納米線的摻雜技術，特別涉及一種采用化學氣相沉積技術利用砷化物作為ZnO的p型摻雜劑的摻雜技術。其特征是采用砷化物做為p型ZnO的摻雜源，利用化學氣相沉積方法制備砷摻雜p型ZnO納米線。在加熱溫度為400℃～700℃時，通過調節砷化物與鋅摩爾比值來控制砷摻入ZnO的比例進行p型ZnO的生長。本發明的效果與益處是提供一種簡便有效的制備高質量、可控性強的p型ZnO納米線的生長技術，克服p型ZnO納米線摻雜困難的難題，進而實現ZnO納米線的p-n結型光電器件。
文檔編號C30B29/00GK101319369SQ20081001104
公開日2008年12月10日 申請日期2008年4月15日 優先權日2008年4月15日
發明者馮秋菊, 哲 宋, 楠 張, 李夢柯 申請人:遼寧師范大學