氮摻雜p型ZnO薄膜的生長及理論研究.pdf

1、ZnO是一種寬帶隙半導(dǎo)體材料(Eg=3.37eV),因其非常優(yōu)越的光電性能及其在光電子器件中的巨大應(yīng)用價值而被譽(yù)為“二十一世紀(jì)半導(dǎo)體”。通常在制備ZnO材料的過程中會產(chǎn)生氧空位和鋅填隙原子,這些缺陷使ZnO呈n型導(dǎo)電特性,所以n型摻雜容易實(shí)現(xiàn)。同時,氧化鋅中存在的本征施主缺陷,對受主摻雜產(chǎn)生高度自補(bǔ)償作用,并且受主雜質(zhì)固溶度很低,這導(dǎo)致生長p型ZnO及制備p-n結(jié)非常困難。p型ZnO的制備已成為ZnO作為半導(dǎo)體光電子材料的發(fā)展瓶頸,也是

2、當(dāng)今半導(dǎo)體光電子領(lǐng)域研究的世界性難點(diǎn)和熱點(diǎn)之一。V族元素被認(rèn)為最有望獲得ZnO的p型摻雜。N在V族元素中離子半徑和p軌道能量都是最小的,而且N的離子半徑跟氧接近,因此N被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)p-ZnO最合適的受主元素之一。目前制備ZnO:N薄膜主要有MBE、MOCVD、濺射、PLD和Zn3N2熱氧化法,但存在著工藝復(fù)雜,設(shè)備昂貴和源有毒等問題。因此通過SSCVD工藝,使用自行設(shè)計(jì)合成的新型固態(tài)源Zn4(OH)2(O2CCH3)6·2H2O生長出p

3、型ZnO薄膜具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文在系統(tǒng)闡述了ZnO的性能與應(yīng)用及其制備技術(shù)、缺陷與摻雜方式等基礎(chǔ)上,對ZnO的p型摻雜進(jìn)行了研究,通過多種測試手段和理論分析,取得了一些階段性成果:1、用本試驗(yàn)室自行設(shè)計(jì)的SSCVD裝置,利用兩步法工藝,通過氮的摻雜,實(shí)現(xiàn)了ZnO的p型轉(zhuǎn)變,薄膜具有較好的a-b軸取向和可見光區(qū)約為70-80％的透過率。2、具體研究了襯底溫度對ZnO薄膜p型摻雜的影響?；瑴囟葹?00-600℃時獲得了p型ZnO薄

4、膜,而且在600℃時,空穴濃度為3.12×1016cm-3、電阻率為1.34Ωcm、遷移率為149.01cm2/Vs。3、SSCVD一步法無法實(shí)現(xiàn)氮的摻入,薄膜呈現(xiàn)富鋅狀態(tài),并且PL譜中存在激子-激子相互碰撞引起的受激輻射峰。4、采用SSCVD兩步法工藝,在Si(100)襯底上形成p-ZnO/n-Si異質(zhì)結(jié)二極管,其Ⅰ-Ⅴ曲線顯示了整流特性。5、利用第一性原理計(jì)算了ZnO:NO+VZn模型的電子結(jié)構(gòu),通過比較理想配比ZnO、ZnO:N和