Na摻雜p型ZnO-Nax薄膜的制備與性能研究.pdf

1、作為直接寬禁帶半導(dǎo)體,ZnO具有3.37eV的禁帶寬度和60meV的激子束縛能,被認(rèn)為是制備紫外光電器件和激光器的理想材料。為了實(shí)現(xiàn)ZnO在紫外光電領(lǐng)域的應(yīng)用,首先必須獲得優(yōu)良的n型和p型ZnO材料。因?yàn)楸菊魅毕菅a(bǔ)償和缺乏理想受主等因素,高性能p型ZnO的制備難以實(shí)現(xiàn),是限制其器件開發(fā)的最大障礙。理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)Na摻雜能夠?qū)崿F(xiàn)p型ZnO,但是對其有效摻雜含量、p型轉(zhuǎn)變機(jī)制、發(fā)光效率等方面的具體研究較少。
　　 本課題采用

2、激光脈沖沉積法在石英襯底上制備了較大含量范圍的Na摻雜ZnO∶Nax薄膜,并通過各種測試手段對晶體結(jié)構(gòu)、導(dǎo)電性能和光學(xué)性能進(jìn)行了具體的分析,其研究結(jié)果概述如下:
　　 (1)在一定Na含量摻雜范圍內(nèi)(≤5％),薄膜能保持良好的c軸取向生長;當(dāng)含量增加到10％時(shí),(002)取向性被破壞,晶體質(zhì)量惡化嚴(yán)重,同時(shí)表面形貌分析發(fā)現(xiàn)過高的摻雜含量甚至?xí)斐煽锥础?br>　　 (2)霍爾測試表明:隨著Na摻雜含量的增加,薄膜從本征n型向p

3、型轉(zhuǎn)變,在Na含量達(dá)到2％時(shí)實(shí)現(xiàn)相對穩(wěn)定的p型ZnO,同時(shí)具有較好的電學(xué)性能。結(jié)合XPS化學(xué)狀態(tài)分析,我們認(rèn)為p型轉(zhuǎn)變主要源于Na摻雜過程中形成受主Nazn。
　　 (3)不同摻雜含量下制備的ZnO∶Nax薄膜具有較高的可見光透過率,我們認(rèn)為其光學(xué)帶寬的變化是由energy-gap shrinkage效應(yīng)引起的。光致發(fā)光PL測試表明,相比未摻雜ZnO,ZnO∶Na0.02薄膜的帶邊發(fā)射強(qiáng)度未降低甚至增強(qiáng),說明Na摻雜有望同時(shí)實(shí)現(xiàn)