IA族元素（Li、Na）摻雜的p型Zn-，1-x-Mg-,x-O薄膜的制備與性能研究.pdf

1、ZnO是Ⅱ-Ⅵ族寬禁帶半導(dǎo)體材料，室溫下直接禁帶寬度約3.3 eV，激子結(jié)合能高達60 meV，可以實現(xiàn)室溫或更高溫度下高效的激子受激發(fā)光。目前，ZnO是光電材料領(lǐng)域的研究熱點，其p型電導(dǎo)摻雜和能帶工程更是研究的重點。將ZnO和MgO形成半導(dǎo)體合金薄膜，在保持六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)不變的同時，可以通過改變Mg含量調(diào)節(jié)Zn<,1-x>Mg<,x>O合金半導(dǎo)體禁帶寬度。Zn<,1-x>Mg<,x>O是ZnO首選的勢壘層材料，p型Zn<,1-x>Mg

2、<,x>O也可以直接用作紫外發(fā)光材料，制備短波發(fā)光二極管(LEDs)和激光器(LDs)等。 本文分別選擇Li和Na作為Zn<,1-x>Mg<,x>O的p型摻雜元素，采用直流反應(yīng)磁控濺射方法和脈沖激光沉積技術(shù)(PLD)，制備p型Zn<,1-x>Mg<,x>O薄膜。主要的研究工作如下： 1.通過直流反應(yīng)磁控濺射方法成功制備了高質(zhì)量的Li摻雜p-Zn<,1-x>Mg<,x>O薄膜(x=0.04，0.16)，研究襯底溫度、退火溫

3、度、Li摻雜含量和Mg合金含量對Zn<,1-x>Mg<,x>O薄膜結(jié)晶質(zhì)量、電學(xué)性能、光學(xué)性能的影響。退火處理能夠提高薄膜的結(jié)晶質(zhì)量和p型電學(xué)性能， 550℃下生長的Zn<,0.96>Mg<,0.04>O：Li薄膜經(jīng)過500℃退火處理后，獲得最優(yōu)的p型導(dǎo)電性，電阻率為72.3 Ωcm，空穴濃度達到1.49×10<'17> cm<'-3>，空穴的霍耳遷移率為0.58 cm<'2>V<'-1>s<'-1>。此外，提高Mg含量，薄膜的p型電學(xué)

4、性能隨之降低，但是增大了薄膜的禁帶寬度(Eg)。所以，我們不僅利用Li摻雜制備了p型Zn<,1-x>Mg<,x>O薄膜，而且成功實現(xiàn)了ZnO薄膜禁帶寬度的調(diào)制。 2.采用脈沖激光沉積技術(shù)制備Na摻雜的p-Zn<,1-x>Mg<,x>O薄膜(x=0.1，0.2)，探討了襯底溫度、生長氣壓和Mg含量對Zn<,1-x>Mg<,x>O薄膜的結(jié)晶質(zhì)量和光電性能的影響。在襯底溫度為650℃、氧壓為48 Pa時，獲得的Zn<,0.8>Mg<,

5、0.2>O：Na薄膜具有較好的結(jié)晶質(zhì)量和最優(yōu)的電學(xué)性能，薄膜不僅呈現(xiàn)出穩(wěn)定的p型導(dǎo)電性，而且電阻率達到最低值，為60.34 Ωcm，空穴濃度達到最大1.56×10<'17> cm<'-3>，空穴的霍耳遷移率為0.67 cm<'2>V<'-1>s<'-1>。比較ZnO：Na、Zn<,0.9>Mg<,0.1>O：Na與Zn<,0.8>Mg<,0.2>O：Na薄膜的光學(xué)性能，發(fā)現(xiàn)Mg元素的加入有效地調(diào)制了ZnO薄膜的禁帶寬度，隨著Mg含量的增