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脉冲激光沉积法生长ZnMgO合金薄膜和Li-N共掺p型ZnO薄膜及紫外探测器的研制

张银珠  
【摘要】:ZnO是一种直接带隙宽禁带Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体材料,其晶体结构、晶格常数和禁带宽度都与GaN非常接近。ZnO最大的优势在于它的激子束缚能很大,约为60meV,是GaN激子束缚能的两倍多,可以在室温或更高温度下实现激子受激发光。因此,ZnO在短波长光电器件领域有着巨大的应用潜力。 本文利用自行设计建立的脉冲激光沉积(PLD)系统,进行了Zn_(1-x)Mg_xO合金薄膜和ZnO/Zn_(1-x)Mg_xO多层异质结构的生长、p型Zn_(1-x)Mg_xO薄膜的初步探索以及p型ZnO薄膜的掺杂研究,并研制了一个硅基ZnO光电导型紫外探测器。研究硅基ZnO/Zn_(1-x)Mg_xO多层异质结构和量子阱结构的结晶质量和发光特性,为ZnO光电器件的研发奠定基础。而Zn_(1-x)Mg_xO薄膜p型转变的成功能为ZnO异质p-n结器件做好材料准备。本文采用一种新的共掺技术——Li-N双受主共掺,成功制备了低电阻率的p-ZnO薄膜。 1.硅基Zn_(1-x)Mg_xO合金薄膜及ZnO/Zn_(1-x)Mg_xO异质结和量子阱结构 利用自制PLD系统在p-Si(100)上生长Zn_(1-x)Mg_xO合金薄膜。从生长参数对薄膜的结构、形貌和光学性能的对比研究中,找到可适用于硅基ZnO/Zn_(1-x)Mg_xO异质结构生长的合金薄膜的优化工艺参数。优化条件下制得的薄膜晶体质量良好,均具有高度c轴择优取向性,其晶体结构与ZnO的一致,表面粗糙度约为1nm,与ZnO的晶格失配度仅为-0.35%。 首次采用PLD技术在Si(100)和ZnO/Si(100)上生长Zn_(1-x)Mg_xO/ZnO/Zn_(1-x)Mg_xO双异质结,得到了具有完全c轴择优取向的晶粒致密的多层异质结构。其室温PL谱中均可以观察到异质结中ZnO层位于~3.3eV的近带边发光,无明显的深能级缺陷发光,表明多层异质结构的结晶质量较高。在ZnO/Si(100)上还尝试生长了ZnO/Zn_(1-x)Mg_xO多量子阱结构,所得的是多层纳米结构。 首次以Li为受主掺杂元素,实现了Zn_(1-x)Mg_xO薄膜的p型转变,电阻率为10.1Ωcm,载流子浓度为2.45x10~(18)cm~(-3),迁移率为0.251cm~2/Vs。这项工作还在继续系统研究中。


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1 张银珠;脉冲激光沉积法生长ZnMgO合金薄膜和Li-N共掺p型ZnO薄膜及紫外探测器的研制[D];浙江大学;2006年
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