Ga-N共摻p型ZnMgO薄膜的研究.pdf

1、ZnO是Ⅱ-Ⅵ族寬禁帶半導(dǎo)體材料。在室溫下，ZnO的禁帶寬度為3.37 eV，激子結(jié)合能高達(dá)60 meV。Mg摻入ZnO薄膜形成的ZnMgO薄膜的禁帶寬度，隨著Mg摻入量的不同，會(huì)在3.3-7.8 eV范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，顯示出ZnMgO在紫外波段光電器件方面廣闊的應(yīng)用前景。ZnMgO應(yīng)用于ZnMgO/ZnO異質(zhì)結(jié)、超晶格、量子阱等光學(xué)帶隙工程，可以明顯提高發(fā)光效率，制得的半導(dǎo)體激光器可以覆蓋從藍(lán)光到紫外光的區(qū)域。因此，ZnMgO材料的研究

2、具有極其重要的科研意義和應(yīng)用價(jià)值。但目前關(guān)于p型施主．受主共摻雜ZnMgO薄膜的報(bào)道較少，而施主-受主共摻又是實(shí)現(xiàn)ZnMgO的p型摻雜的重要方法，因此本文選擇Ga-N共摻ZnMgO薄膜作為研究對(duì)象。 本文采用直流反應(yīng)磁控濺射技術(shù)制備了Ga-N共摻ZnMgO薄膜，主要研究了Mg含量及工作氣氛對(duì)Ga-N共摻ZnMgO薄膜性能的影響。主要的研究工作如下： 1.以N<,2>O作為氧源和氮源，玻璃作為襯底，使用含不同Mg含量的靶材

3、制備p型Ga-N共摻ZnMgO薄膜，其中靶材中Ga的含量相同。測試結(jié)果表明不同Mg含量的Ga-N共摻ZnMgO薄膜，隨著Mg含量的增加，20單調(diào)增加，c軸長度減小。Mg摻入使薄膜的光學(xué)吸收邊發(fā)生明顯藍(lán)移，說明ZnMgO薄膜禁帶寬度的調(diào)節(jié)可以通過對(duì)Mg含量的調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)。薄膜的Hall測試結(jié)果表明制備的ZnMgO薄膜均實(shí)現(xiàn)了p型導(dǎo)電性。當(dāng)薄膜中Mg含量為3％時(shí)，薄膜中的載流子濃度達(dá)到最大，為6.29×10<'17>cm<'-3>。采用Mg含

4、量為10％的靶材制備的ZnMgO：(Ga,N)/ZnMgO：(Ga)同質(zhì)結(jié)的Ⅰ-Ⅴ特性測試表明其具有明顯的整流特性。 2.以N<,2>O作為N源，玻璃作為襯底，制備了p型Ga-N共摻ZnMgO薄膜，研究了Ar/N<,2>O流量比對(duì)于Ga-N共摻ZnMgO薄膜性能的影響。研究表明在Ar/N<,2>O=3/2條件下生長的ZnMgO薄膜的電學(xué)性能最優(yōu)。不同Ar/N<,2>O流量比制備的ZnMgO薄膜在可見光區(qū)均具有很好的透光率及較陡的

5、吸收邊，而且吸收邊的位置并未隨Ar/N<,2>O流量比發(fā)生明顯位移，說明Ar/N<,2>O流量比對(duì)禁帶寬度的影響不大。 3.以NH<,3>作為N源，玻璃作為襯底，制備了Ga-N共摻ZnMgO薄膜，研究了O<,2>/(NH<,3>-O<,2>)比對(duì)于Ga-N共摻ZnMgO薄膜性能的影響。研究結(jié)果表明，不同O<,2>/(NH<,3>+O<,2>)比下沉積的ZnMgO薄膜在可見光區(qū)(X=400-800 nm)均有優(yōu)良的透射特性，透射率