直流反應(yīng)磁控濺射法制備Ga-N共摻p型ZnMgO薄膜.pdf

1、ZnO是一種Ⅱ-Ⅵ族化合物半導(dǎo)體材料,具有直接寬帶隙(室溫下3.37 eV),屬于六方纖鋅礦結(jié)構(gòu).ZnO的禁帶寬度寬.激子結(jié)合能為60 meV,遠(yuǎn)高于其它寬禁帶半導(dǎo)體材料.ZnO激子在室溫下是穩(wěn)定的,可以實現(xiàn)室溫或更高溫度下高效的激子受激發(fā)光.另外將ZnO與MgO形成半導(dǎo)體合金薄膜,可以達(dá)到隨Mg組分不同調(diào)節(jié)ZnMgO合金半導(dǎo)體禁帶寬度的目的.所以,ZnMgO在短波長光電器件領(lǐng)域有著極大的應(yīng)用潛力,如紫藍(lán)光發(fā)光二極管(LEDs)和激光器

2、(LDs)等. 由于本征的ZnMgO材料呈n型導(dǎo)電性能,這也是ZnMgO應(yīng)用有待突破的關(guān)鍵問題之一.本文采用直流反應(yīng)磁控濺射法,以Ga-N共摻方法成功制備了p型ZnMgO薄膜. 主要研究工作如下: 1.以直流反應(yīng)磁控濺射法制備了高質(zhì)量的Zn<,1-x>M<,gx>O:(Ga,N)薄膜,研究了Ga含量及Mg含量對薄膜晶體質(zhì)量、表面形貌與禁帶寬度的影響,分析了Zn<,1-x>M<,gx>O:(Ga,N)薄膜中Zn,M

3、g,O,Ga及N的化學(xué)狀態(tài).計算了薄膜的光學(xué)帶寬,從而驗證了Mg的摻入對薄膜禁帶寬度有較大的影響. 2.Ga-N共摻制備了良好的p型Zn<,1-x>M<,gx>O薄膜.例如:在玻璃上,80﹪NH<,3>氣氛下,薄膜具有空穴濃度1.28x10<'18>cm<'-3>、電阻率39.6 Ωcm和遷移率0.123 cm<'2>V<'-1>s<'-1>,在氧化硅片上,純N<,2>O下,薄膜具有空穴濃度2.28x10<'17>cm<'-3>

4、、電阻率27.7 Ωcm和0.989 cm<'2>V<'-1>s<'-1>.我們系統(tǒng)地研究了N<,2>O分壓和襯底溫度對獲取p型以及載流子濃度、電阻率等的影響.實驗表明所得薄膜晶體取向性良好,表面形貌平整致密.我們發(fā)現(xiàn),襯底溫度對于薄膜電學(xué)性能的影響很大,僅在一定溫度區(qū)間內(nèi)薄膜呈現(xiàn)為p型.得出最佳生長溫度大約是540℃. 3.我們試圖不斷優(yōu)化實驗參數(shù),改變襯底類型,對樣品進(jìn)行退火處理.例如,退火前空穴濃度2.87x10<'15>