穩(wěn)定可靠p型ZnO薄膜的制備與光電性能研究.pdf

1、氧化鋅是一種II-VI族直接帶隙寬禁帶化合物半導體材料，室溫下的禁帶寬度為3.37eV，激子結合能高達60meV，具有優(yōu)異的光學和電學特性，因此在短波長光電器件方面擁有巨大的潛在應用價值，在世界范圍內(nèi)被廣泛的研究。 氧化鋅為本征n型半導體，存在諸多本征施主缺陷(如氧空位Vo和間隙鋅Zni等)，對受主摻雜產(chǎn)生高度自補償作用，加之受主雜質(zhì)有限的固溶度或較深的受主能級，使得ZnO薄膜的p型摻雜非常困難，導致無法制得氧化鋅p-n結結構，

2、極大地限制了氧化鋅基光電器件的開發(fā)應用。制備高質(zhì)量的p型ZnO薄膜已成為限制ZnO基光電器件實用化的瓶頸問題。生長ZnO薄膜材料的方法很多種，如分子束外延(MBE)、金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)、脈沖激光沉積(PLD)、原子層外延、超聲噴霧熱分解法(USP)、磁控濺射和蒸發(fā)等。其中超聲噴霧熱分解法由于其利于保證薄膜摻雜的均勻性及可以盡可能地降低氧空位等本征施主缺陷等優(yōu)點，受到較為廣泛的關注。本論文利用我們自己搭建的實驗設備對ZnO

3、薄膜進行了p型摻雜，并對其摻雜特性作了詳細的研究，并且通過光致發(fā)光譜(PL)、透射光譜、Hall效應測試、X射線衍射(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)等測試手段對薄膜結構、電學和光學性能進行表征。 本論文主要分為兩大部分： 一、采用超聲噴霧熱解法在石英玻璃襯底上制備了銀(Ag)摻雜的氧化鋅(ZnO)薄膜，研究了襯底溫度和載氣流量等對本征及摻雜ZnO的影響機制，通過優(yōu)化生長參數(shù)，所得到的薄膜具有較好的晶體結構，在500℃

4、時晶體質(zhì)量達到最佳；通過Hall測試，我們在襯底溫度為500℃的條件下成功得到了p型導電的ZnO:Ag薄膜；在透射譜和激發(fā)光譜測試中，ZnO:Ag薄膜同樣在襯底溫度為500℃的條件下具有最佳的光學質(zhì)量； 二、首次通過銀-氮(Ag-N)共摻雜的方法實現(xiàn)了ZnO的p型摻雜，在相同條件下獲得了結構和光學質(zhì)量更好的p-ZnO薄膜，電阻率低至1.053Ω·cm，而載流子濃度和遷移率則分別達到5.43×1017cm-3，10.09cm2·V