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《浙江大学》 2006年
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直流反应磁控溅射法制备Al-N和In-N共掺p型ZnMgO与ZnO薄膜

叶羽敏  
【摘要】:ZnO是一种Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体材料,具有直接宽带隙(室温下3.37eV),属于六方纤锌矿结构。ZnO在光电、压电、热电、铁电等诸多领域都具有优异的性能,但在最具潜力的应用是在光电器件领域。ZnO的禁带宽度宽,激子结合能为60meV,远高于其它宽禁带半导体材料,如GaN为25meV。ZnO激子在室温下也是稳定的,可以实现室温或更高温度下高效的激子受激发光。另外,将ZnO与MgO形成半导体合金薄膜,可以达到随Mg组分不同调节ZnMgO合金半导体禁带宽度的目的。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,可作为白光的起始材料。 本文采用直流反应磁控溅射法,分别采用Al-N和In-N共掺方法制备了p型ZnMgO三元合金和ZnO薄膜。主要的研究工作如下: 1.以直流反应磁控溅射法制备了高质量的Zn_(1-x)Mg_xO薄膜,并研究了衬底温度及Mg含量对薄膜晶体质量、表面形貌与禁带宽度的影响,得出了最优的生长条件。同时也验证Mg的掺入对薄膜禁带宽度有较大的影响。 2.在制备出高质量Zn_(1_x)Mg_xO合金薄膜的基础上,对Zn_(0.9)Mg_(0.1)O薄膜进行Al-N共掺制备了优质低阻的p型Zn_(0.9)Mg_(0.1)O薄膜。实验发现所得薄膜具有良好的晶体取向性,平整致密的表面形貌,紫外透射谱也证实所得薄膜禁带宽度与Zn_(0.9)Mg_(0.1)O薄膜相仿。并分析了衬底温度对于薄膜电学性能的影响,发现只在一定温度区间内薄膜呈现为p型。得出最优的生长温度在450℃~500℃之间,薄膜具有电阻率26Ωcm和空穴浓度3.6x10~(18)cm~(-3)。 3.尝试以直流反应磁控溅射法制备了In-N共掺的p型ZnO薄膜。发现所得薄膜具有良好的晶体质量与优良的电学性能。通过研究衬底温度与薄膜电学性能关系,得出最佳的生长温度在540℃左右。在此温度下生长于玻璃衬底上的p型ZnO具有23.7Ωcm的电阻率和3.51×10~(17)cm~(-3)的载流子浓度。同时我们还研究了不同衬底材料对薄膜电学性能影响。发现SiO_2衬底上生长的ZnO薄膜具有最低的电阻率和较高的载流子浓度,分别为3.12Ωcm和2.04×10~(18)cm~(-3)。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:TB383.2;TN304

【参考文献】
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