不同N源制備Al-N共摻Zn-,1-x-Mg-,x-O薄膜及其性能研究.pdf

1、ZnO是II-vI族寬禁帶半導(dǎo)體材料,室溫下禁帶寬度約3.3 eV,激子結(jié)合能高達(dá)60meV.目前,ZnO是光電材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn),其p型電導(dǎo)摻雜和能帶工程更是研究的重點(diǎn).近年來,Yamamoto提出的活性施主和受主共摻雜技術(shù)為獲得穩(wěn)定低阻的p-ZnO薄膜提供了新的途徑.此外,通過改變ZnO中Mg的摻入量,讓Mg取代Zn原子,形成的Zn<,1-x>Mg<,x>O薄膜在保持六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)不變的前提下能夠調(diào)節(jié)帶隙在3.3～4.0 eV之間變

2、化.但是,由于Zn<,1-X>Mg<,x>O薄膜自身的電阻較大,加大了p型電導(dǎo)性能研究的難度. 本文分別選擇高純NH<,3>和高純N<,2>O作為N的氣體摻雜源,采用直流反應(yīng)磁控濺射方法制備Al-N共摻zn<,1-x>Mg<,x>O薄膜.主要的研究工作如下: 采用NH<,3>作為N源,玻璃作為襯底,在不同襯底溫度下制備Al-N共摻Zn<,0.95>Mg<,0.05>O薄膜.發(fā)現(xiàn)當(dāng)襯底溫度為500℃時(shí),制備的薄膜具有較好的

3、結(jié)晶質(zhì)量和穩(wěn)定的p型導(dǎo)電性能,空穴濃度為1.23×10<'17>cm<'-3>,遷移率為0.41cm<'2>/Vs,電阻率為171Ωcm.比較不同Mg含量的Al-N共摻zn<,1-x>Mg<,x>O薄膜的性能,發(fā)現(xiàn)Mg元素的摻雜有效的調(diào)制了ZnO薄膜的禁帶寬度,并且Al-N共摻Zn<,0.9>Mg<,0.1>O薄膜的p型導(dǎo)電性能優(yōu)于共摻Zn<,0.95>Mg<,0.05>O薄膜.在,n-Si(111)襯底上制備Al-N共摻Zn<,0.9

4、>Mg<,0.1>O薄膜,形成的p-Zn<,0.9>Mg<,0.1>O/n-Si異質(zhì)結(jié)的I-V特性測試結(jié)果表現(xiàn)出顯著的整流特性. 采用N<,2>O作為N源,玻璃作為襯底,固定襯底溫度為500℃,在不同的N<,2>O分壓比條件下制備Al-N共摻Zn<,0.95>Mg<,0.05>O薄膜.發(fā)現(xiàn)當(dāng)N<,2>O分壓比為0.7時(shí),制備的Al-N共摻Zn<,0.95>Mg<,0.05>O薄膜具有最好的結(jié)晶質(zhì)量,并且此時(shí)薄膜的導(dǎo)電類型顯示為穩(wěn)

5、定的p型,空穴濃度和遷移率分別為6.04×10<'17>cm<'-3>、0.619 cm<'2>/Vs,電阻率為95.6 Ωcm.相對(duì)于未摻雜的ZnO薄膜,Al-N共摻Zn<,0.95>Mg<,0.05>O薄膜的透射譜呈現(xiàn)明顯的藍(lán)移. 在富氧氣氛中對(duì)A1-N共摻Zn<,0.9>Mg<,0.1>O薄膜進(jìn)行退火熱處理,改善了薄膜的結(jié)晶質(zhì)量,同時(shí)提高了共摻薄膜的p型導(dǎo)電性能,其空穴濃度以及遷移率分別由5.93×10<'15>cm<'-