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《浙江大学》 2007年
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直流反应磁控溅射法制备p型ZnMgO薄膜

简中祥  
【摘要】: ZnO是一种Ⅱ-Ⅵ族宽禁带化合物半导体材料,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,但是最具潜力的应用是在光电器件领域。ZnO的禁带宽度宽,室温下为3.37 eV,激子结合能为60 meV,远高于其它宽禁带半导体材料,如GaN为25 meV。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。此外,将ZnO与MgO形成ZnMgO合金薄膜,可以通过调节Mg含量达到调节ZnMgO合金半导体薄膜禁带宽度的目的。所以,ZnO在短波长光电器件领域有着极大的应用潜力,如蓝紫光发光二极管(LED)和激光器(LD)等,可作为白光的起始材料。 本征ZnO具有n型导电性能,通过掺入Al、Ga等施主元素,可以得到性能优异的n型ZnO,但是由于受主元素在ZnO中的固溶度低以及ZnO本征施主缺陷的自补偿效应,ZnO的p型掺杂很困难,ZnMgO的p型掺杂将面临同样的问题,本文把过去Al-N共掺ZnO的方法应用到ZnMgO薄膜中,制备了稳定的p型ZnMgO薄膜,并对薄膜的性能进行分析,得出生长ZnMgO薄膜的最优生长参数,为制备ZnO基光电器件奠定基础。 以下是本文的研究内容: 采用直流反应磁控溅射设备,通过Al-N共掺方法制备了p型ZnMgO三元合金薄膜。主要研究衬底温度,N_2O流量比例,衬底类型对ZnMgO薄膜的结晶性能,表面形貌和电学性能的影响,其中以电学性能的研究为主。结果发现,衬底温度在400-530℃温度区间内呈现为p型,在530℃时,薄膜具有最优的电学性能,电阻率为58.5Ωcm,空穴浓度1.95×10~(17)cm~(-3);而对于相同温度条件下生长ZnMgO薄膜,当N_2O/(O_2+N_2O)≥0.4时,薄膜的导电类型为p型,其中,N_2O/(O_2+N_2O)=0.7时,薄膜结晶性能和择优取向性最好,且电阻率在此时达到最小值;薄膜在三种不同衬底上的结晶性能从优到劣的顺序为:硅片>石英>玻璃,电学性能测试结果表明硅片本身导电性能会影响测试结果。 通过与单掺N的薄膜电学性能的比较,发现Al的掺入促进了N的掺入,提高了薄膜中的空穴浓度。p型和n型ZnMgO薄膜的XPS分析,验证了Al的掺入,与N形成Al-2N复合体的理论,并发现N在ZnMgO薄膜中存在两种化学环境,分别对应N_o和(N_2)_o,薄膜的导电类型与这两种化学环境中N的相对浓度的高低有很大的关系,表现为当N_o占优势时,薄膜呈现p型导电性能,当(N_2)_o占优势时,薄膜又呈现n型导电特性,No是薄膜p型掺杂的理想位置。 不同Mg含量的ZnMgO薄膜的紫外-可见透射谱推导得到薄膜的禁带宽度表明,Mg含量对薄膜的禁带宽度起到了调节作用。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TB43

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【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 田付强;聚乙烯基无机纳米复合电介质的陷阱特性与电性能研究[D];北京交通大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 王颖蕾;掺杂ZnO稀磁材料薄膜的制备工艺及室温磁性研究[D];天津理工大学;2010年
【参考文献】
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【共引文献】
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【同被引文献】
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