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ZnO作为一种直接带隙的宽禁带半导体材料,激子束缚能高达60 meV,更容易实现高效率的激子型光发射和低阈值的受激发射,因而受到了广泛的关注。然而,可靠稳定的低阻p型ZnO薄膜的获得成为制约ZnO基光电器件发展的主要瓶颈之一。其中制约可靠的p型ZnO薄膜获得的两个主要因素是未掺杂ZnO中存在着很高的背景电子浓度和p型ZnO中存在着大量的施主缺陷补偿,因此,以上两个问题的解决是ZnO基光电器件发展的基础。本论文针对目前这些制约p型ZnO发展的难点和热点问题展开,取得的主要结果如下:1.通过变温Hall实验对未掺杂ZnO中高的背景电子浓度的来源进行了详细地分析,发现在ZnO薄膜和蓝宝石衬底的界面处存在着一层高度简并的退变层,这层退变层对ZnO薄膜的电学性质有巨大的影响,它是未掺杂ZnO薄膜中高背景电子浓度的主要来源之一。实验证明:可以通过提高外延层的厚度来降低退变层对ZnO薄膜电学特性的影响。这为制备高质量的未掺杂ZnO和下一步制备可靠的p-ZnO打下了基础。最近日本东京工业大学的Hideo Hosono教授等人[110]证实了我们的观点:即在大失配的蓝宝石衬底上生长的ZnO薄膜的界面处存在着一层高度简并的退变层,并且它极大地影响着ZnO的电学特性,使得在蓝宝石上生长的ZnO薄膜具有高的电子浓度和低的迁移率。2.利用NO成功地制备了N掺杂的p型ZnO薄膜,然而这种生长方式制备的p型ZnO薄膜的电学特性较差。通过探索,我们提出了一种相对简单的生长方式,即在生长N掺杂ZnO薄膜的过程中,周期性地让N等离子体照射N掺杂ZnO薄膜。通过这种生长方式,增加了ZnO薄膜中N的有效掺杂浓度,并得到了具有较好电学特性的N掺杂p型ZnO薄膜。这为今后制备具有优良电学特性的N掺杂p-ZnO薄膜提供了一种简单易行的方法。3.设计实验分析了我们制备的N掺杂ZnO中主要的施主补偿源,通过对实验结果的分析,发现掺杂引入的(N2)O施主是我们制备的N掺杂ZnO中最主要的施主补偿源之一,通过后期退火可以降低(N2)O施主缺陷的浓度。这为以后抑制施主,降低施主补偿效应,从而提高N掺杂p-ZnO的重复性提供了一定的基础。随后法国凡尔赛大学的Sallet教授等人[133,134]通过实验分析也证明了我们的结论:(N2)O是N掺杂ZnO薄膜呈现n型电导的主要原因,通过在氧气气氛中退火可以大量地降低(N2)O施主缺陷浓度。美国华盛顿州立大学的M. D. McCluskey教授在综述性文章中引用我们的观点,即氮在氮掺杂ZnO中存在NO和(N2)O两种形态,并且热退火可以大幅度地降低(N2)O施主缺陷浓度。