专利名称：：利用p型掺杂的硅衬底生长高结晶质量氧化锌纳米棒的方法
技术领域：
：本发明属于半导体
技术领域：
，涉及一种纳米材料的制备方法，特别是涉及一种利用P型掺杂的硅衬底生长高结晶质量的纳米棒的方法。
背景技术：
：一维纳米材料由于小尺寸效应以及表面界面效应使其展现出独特的光学和电学性能，在紫外发光二极管，纳米压电材料，场效应晶体管，传感器，探测器，紫外激光二极管等纳米器件中存在潜在的巨大优势，氧化锌(Zn0)作为一种重要的宽禁带、直接带隙的II-VI族半导体材料，室温下的禁带宽度高达3.37eV，激子束缚能为60meV，这些优点使Zn0与GaN等其他宽禁带半导体相比成为更加理想的实现室温下工作的激光器件。因此，基于Zn0的一维纳米材料的制备研究具有非常重要的现实意义。但由于一般情况下，非掺杂外延生长得到的Zn03纳米材料呈现出典型的n型传导特性，这是由其本征缺陷，如氧空位或锌的间隙原子引起的。尽管很多的科研小组致力于高浓度的p型掺杂Zn0材料的制备，但结果并不尽人意；即使掺杂成功，实验的可重复性也并不是很好。P型掺杂成为Zn0材料迈向实际应用的一大难点。为避免这一难点，实现Zn0纳米材料在紫外发光二极管(UV-LED)等器件中的应用，我们考虑在p型掺杂的衬底上外延生长n型本征的Zn0纳米棒，形成n-ZnO/p-Si异质结结构，结合Zn0具有的大激子束缚能和硅基底具有的大尺寸及廉价的优点。此外，金属有机物化学气相沉积法生长Zn0纳米棒主要还是在蓝宝石(0001)，硅(111)，硅(100)晶面上进行外延生长。采用硅衬底生长，由于它与Zn0的晶格失配和热失配度大，获得高结晶质量的Zn0材料难度更大，但根据目前的器件和集成技术，硅基上的生长才更具有现实意义。
发明内容本发明的目的在于提供一种利用p型掺杂的硅衬底生长高结晶质量氧化锌纳米棒的方法，以期获得n-Zn0/p-Si异质结结构，克服难以获得高浓度p型掺杂的Zn0材料的不足，实现Zn0在UV-LED中的应用。4本发明提供一种利用P型掺杂的硅为衬底生长氧化锌纳米棒的方法，其特征在于，包括如下步骤步骤1:选取一硅衬底；步骤2:在硅衬底(111)晶面上采用金属有机物化学气相沉积的方法生长氧化锌纳米棒；步骤3:将得到的氧化锌纳米棒样品静置在反应室腔体中缓慢冷却，直至反应室腔体中的温度与室温相同时再取出，完成氧化锌纳米棒的制作。其中衬底为大失配P型掺杂的硅衬底，衬底电阻率为110Qcm。其中生长纳米棒的温度为500°C—600°C。其中生长纳米棒的生长压力为70Torr—80Torr，生长厚度300nm—600nm。本发明提供的一种利用P型掺杂的硅衬底生长高结晶质量氧化锌纳米棒的方法，其是在同时优化生长条件，如温度、压力的控制，以及生长后腔体温度缓慢冷却至室温再取出样品，通过这些措施在大失配p型掺杂的硅衬底上得到了高结晶质量的多晶氧化锌纳米棒，为获得n-ZnO/p-Si异质结结构提供了良好的基石出。为进一步说明本发明的内容，以下结合具体实施方式对本发明作一详细的描述，其中图1是本发明的高结晶质量氧化锌纳米棒表面形貌的截面示意图2是本发明的高结晶质量氧化锌纳米棒的X射线e-2e测试结果图3是本发明的高结晶质量氧化锌纳米棒的PL发光谱结果图。具体实施例方式请参阅图1所示，本发明关键在于解决在p型掺杂的硅衬底10上生长n型ZnO纳米棒20从而获得n-ZnO/p-Si异质结结构的问题。由于一般情况下，非掺杂外延生长得到的ZnO纳米材料呈现出典型的n型传导特性，这是由其本征缺陷，如氧空位或锌的间隙原子引起的，这种本征缺陷的存在使得P型ZnO难以获得，严重阻碍了ZnO纳米材料在紫外发光二极管，纳米压电材料，场效应晶体管，传感器，紫外激光二极管等纳米器件中的实际应用。本发明为了解决这一问题，提出了一种利用大失配的P型掺杂的硅作为衬底外延生长n型ZnO纳米棒的方法，包括如下步骤6取一硅衬底l0，衬底是大失配P型掺杂的硅衬底。<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>厚度为316nm。将得到的氧化锌纳米棒样品20静置在反应室腔体中缓慢冷却，直至反应室腔体中的温度与室温相同时再取出，避免取样时因温度变化过大造成的结晶质量的下降。本发明在硅衬底上生长氧化锌纳米棒的条件如表表一<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>如图2所示，在氧化锌纳米棒的X射线9-2e衍射图谱中只有ZnO(002)—个主峰，半峰宽仅为0.19°;此夕卜还有ZnO(O04)禾DZnO(l03)两个微小的峰，表明有少数纳米棒的取向不垂直于衬底。如图3所示，PL谱曲线显示该氧化锌纳米棒在375nm附近有一个紫外发光峰且半峰宽仅为10.6nm，无深能级峰。上述结果表明该方法获得的氧化锌纳米棒的晶体质量良好。这样使得外延型Zn0纳米棒在大失配的P型掺杂的硅衬底上生长获得，同时优化了M0CVD的生长条件获得了相对晶体质量较高的Zn0纳米棒。本发明利用M0CVD技术在p型惨杂的硅(111)衬底上低温生长出高质量的Zn0纳米棒，使n-ZnO/p-Si异质结结构的实现成为可能，为ZnO纳米材料在UV-LED等器件中的实际应用奠定了基础。惟以上所述的，仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即凡是依本发明申请专利范围及发明说明内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明权利要求涵盖的范围内。权利要求1.一种利用p型掺杂的硅为衬底生长氧化锌纳米棒的方法，其特征在于，包括如下步骤步骤1选取一硅衬底；步骤2在硅衬底(111)晶面上采用金属有机物化学气相沉积的方法生长氧化锌纳米棒；步骤3将得到的氧化锌纳米棒样品静置在反应室腔体中缓慢冷却，直至反应室腔体中的温度与室温相同时再取出，完成氧化锌纳米棒的制作。2.根据权利要求1所述的利用p型掺杂的硅为衬底生长氧化锌纳米棒的方法，其特征在于，苴z、中衬底为大失配型掺杂的硅衬底，衬底电阻率为110Qcm。3.根据权利要求1所述的利用p型掺杂的桂为衬底生长氧化锌纳米棒的方法，其特征在于，中生长纳米棒的温度为500°C—600°C。4.根据权利要求1所述的利用p型惨杂的桂为衬底生长氧化锌纳米棒的方法，其特征在于，苴z、中生长纳米棒的生长压力为70Torr—80Torr，生长厚度300—600nm。全文摘要一种利用p型掺杂的硅为衬底生长氧化锌纳米棒的方法，其特征在于，包括如下步骤步骤1选取一硅衬底；步骤2在硅衬底(111)晶面上采用金属有机物化学气相沉积的方法生长氧化锌纳米棒；步骤3将得到的氧化锌纳米棒样品静置在反应室腔体中缓慢冷却，直至反应室腔体中的温度与室温相同时再取出，完成氧化锌纳米棒的制作。文档编号C30B25/18GK101538737SQ20081010219公开日2009年9月23日申请日期2008年3月19日优先权日2008年3月19日发明者刘祥林,张攀峰,范海波,蔡芳芳申请人:中国科学院半导体研究所