【摘 要】
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ZnO是一种直接带隙II-VI化合物半导体材料,在光电领域应用前景广阔,有望取代GaN用于新一代短波长发光器件。但由于p型ZnO难于制备,制约了ZnO的发展,成为其应用的瓶颈。本文采
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ZnO是一种直接带隙II-VI化合物半导体材料,在光电领域应用前景广阔,有望取代GaN用于新一代短波长发光器件。但由于p型ZnO难于制备,制约了ZnO的发展,成为其应用的瓶颈。本文采用连续离子层吸附反应法完成了ZnO薄膜的制备。通过对比实验条件,我们提出了最佳的成膜条件。乙醇胺作为碱性试剂添加到锌氨溶液中,能减少薄膜的溶解。两步退火处理,将薄膜中残余有机物的挥发与薄膜晶粒再结晶过程分开,能形成更好的晶体结构。在连续离子层吸附反应法中引入热处理过程,极大地改善了ZnO薄膜的性能,形成的薄膜具有良好的c轴优先取向,透明度和导电性能也得到显著的提升。Li作为掺杂剂添加到ZnO中,当掺杂浓度为5%时可以制备p型ZnO薄膜。结合X射线衍射、吸收光谱、光致发光谱和霍尔效应分析,我们研究了Li在ZnO中的作用机制,在低浓度掺杂时Li以替位形式存在,高浓度掺杂时会形成填隙,产生的施主杂质会导致薄膜由p型转变为n型。O2退火气氛和高温退火温度能减少薄膜中的施主杂质,从而促进p型ZnO薄膜的形成。晶体结构分析得出Li以掺杂形式存在于ZnO中,形成的晶粒尺寸为17.018.8 nm,晶格常数a、c分别为3.25 (A|°)和5.20 (A|°),堆垛层数约为33层。光学性能分析得出ZnO禁带宽度主要分布在3.273.29 eV,其发光曲线中包含四个发光峰。最终制备的p型ZnO材料电阻率为1.04Ωcm,霍尔迁移率为0.75 cm2/Vs,载流子浓度为8.02×1018 cm-3。通过PL光谱的分析,形成的受主能级能量为91 meV。
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