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ZnO是一种直接宽带隙半导体光电材料,传统上,广泛应用于声表面波器件、体声波器件、气敏元件、变阻器、透明电极等。室温下的禁带宽度为3.37eV,激子结合能为60meV,远高于其它宽禁带半导体材料(如GaN为25meV,ZnSe为22meV)。所以,ZnO在短波长光电器件领域有着极大的应用潜力,如紫蓝光发光二极管(LEDs)和激光器(LDs)等。 要实现在光电领域的广泛应用,首先必须获得性能良好的n型和p型ZnO材料。然而,由于ZnO薄膜中存在的本征缺陷(Zni,Vo)可产生高度的自补偿作用,加上受主元素(N、P、As等)在ZnO中的溶解度较低且引入的受主能级均较深,p型ZnO薄膜的制备存在较多难点,从而影响了ZnO薄膜的应用,这也是ZnO研究中面临的主要挑战。Ⅴ族元素被认为最有望获得ZnO的p型掺杂,尽管N与O原子半径最为接近,但到目前为止,仍然缺乏可靠的、可重复性的p型掺杂。最近大尺寸失配掺杂(P、As、Sb元素)尤其是磷(P)的掺杂获得很大进展,得到了可靠可重复性的p型ZnO薄膜。 目前沉积ZnO薄膜的方法主要有磁控溅射(Mag.Sputt.)、脉冲激光沉积(PLD)、分子束外延(MBE)和金属有机气相外延(MOCVD)。其中,MOCVD技术适合于工业大规模生产,广泛应用于半导体外延薄膜的生长。因此,通过MOCVD法生长出可靠的p型ZnO薄膜具有非常重要的现实意义。 本论文在系统阐述了ZnO的性能与各种制备技术及其应用、缺陷与掺杂的基础上,对ZnO的p型掺杂进行了研究,通过多种测试手段和理论分析,取得了一些阶段性成果: 1.用本实验室自行改装的MOCVD简易装置,通过磷的掺杂,实现了ZnO薄膜的p型转变,薄膜具有较好的c轴择优取向和可见光区90%左右的透射率。 2.具体研究了衬底温度对ZnO薄膜p型掺杂的影响。在360℃~420℃温度范围内薄膜实现了p型掺杂,在420℃衬底温度下有最佳的电学性能,最低电阻率p=11.3Ω·cm,载流子浓度np=8.84×1018cm-3。 3.研究在420℃温度时,不同气体流量下ZnO薄膜的p型掺杂情况发现,当鼓泡N2流量固定为20sccm,O2流量在15.50sccm区间,薄膜表现为p型导电,