一种铜掺杂氧化锌单晶材料的制备方法

本发明涉及半导体领域，尤其涉及一种铜掺杂氧化锌单晶材料的制备方法。

背景技术：

1、氧化锌是具有广泛应用前景的直接带隙宽禁带半导体材料，无论是在光电领域还是热电领域，其都能表现出良好的应用特性。但是由于其自身存在较多的缺陷和材料本身的局限性，使得其在应用到器件上面临着较大的挑战。掺杂是有效改善氧化锌光电性能和热电性能的重要手段，因而引起了人们的广泛关注。人们通过掺杂不同的元素来制备高质量的氧化锌掺杂材料以满足其在光电器件和热电器件上的应用。目前，主要的掺杂方法如金属有机物化学气相沉积、磁控溅射、脉冲激光沉积等已经被广泛的应用于氧化锌材料的掺杂中。其中，后掺杂技术也是可以在薄膜生长后利用，这就对掺杂的元素和掺杂的区域局部化提供了很大的灵活性和可选择性，但目前为止，作为后处理过程来实现在已生长的氧化锌薄膜或单晶的掺杂仍然具有挑战性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决现有技术中的上述问题，提供一种铜掺杂氧化锌单晶材料的制备方法，采用一种可作为后处理过程的掺杂方法—激光诱导掺杂法，成功地实现了氧化锌单晶的铜掺杂，能有效地改变其光电性能。

2、为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、本发明包括以下步骤：

4、1)将氧化锌单晶清洗后用氮气吹干，作为衬底；

5、2)使用磁控溅射法在衬底表面制备铜膜；

6、3)将步骤2)沉积铜膜后的衬底置于nd:yag二维条状光斑连续激光腔内进行激光辐照，即完成制备铜掺杂氧化锌单晶材料。

7、在步骤1)所述清洗可依次通过丙酮、乙醇和去离子水超声清洗；

8、在步骤2)所述铜膜厚度可为50～100nm；

9、在步骤3)所述激光辐照所用的激光包括但不限于nd:yag二维条状光斑连续激光。为了防止瞬时激光能量对样品的损伤，衬底温度保持为723k，并在腔体内部通入氩气，保持1atm的大气压。

10、在步骤3)中，由于选择的激光器是二维条状光斑连续激光器(nd:yag)装置，其可以激发出波长为1.06μm的连续激光。激光器的功率可为100～320w；激光以2～10mm/s匀速往复扫描20次。

11、相对于现有技术，本发明技术方案取得的有益效果是：

12、本发明利用激光诱导掺杂的方法实现在氧化锌单晶高掺杂铜，为实现理想的激光诱导后的效果，除了依赖于材料本身的特性之外，还可以通过对激光参数的调控，从而影响样品的熔池区域的宽度和深度，以实现更为可靠的掺杂原子的扩散及激活。

13、本发明采用激光诱导掺杂的方法在氧化锌单晶上实现铜的重掺杂，此方法可以实现杂质原子重掺杂，超过其溶解度。由于具有直接写入、可用于后处理材料掺杂的特性，使其在集成电路、微电子、光电子等领域有着较大的应用和良好的前景，本发明工艺简单易于操作、掺杂区域可控、掺杂浓度精准可控、直接写入一步完成等。

1.一种铜掺杂氧化锌单晶材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的一种铜掺杂氧化锌单晶材料的制备方法，其特征在于：在步骤1)中，所述清洗可依次通过丙酮、乙醇和去离子水超声清洗。

3.如权利要求1所述的一种铜掺杂氧化锌单晶材料的制备方法，其特征在于：在步骤2)中，所述铜膜厚度为50～100nm。

4.如权利要求1所述的一种铜掺杂氧化锌单晶材料的制备方法，其特征在于：在步骤3)中，所述激光辐照所用的激光采用nd:yag二维条状光斑连续激光。

5.如权利要求1所述的一种铜掺杂氧化锌单晶材料的制备方法，其特征在于：在步骤3)中，激光器的功率为100～320w。

6.如权利要求1所述的一种铜掺杂氧化锌单晶材料的制备方法，其特征在于：在步骤3)中，激光器的扫描速率为2～10mm/s。

7.一种铜掺杂氧化锌单晶材料，其特征在于：采用权利要求1～6任一项制备方法所制得。