(Li,N)共摻p-ZnO薄膜、制備、性能及p-n結(jié)研究.pdf

1、ZnO是Ⅱ-Ⅵ族寬禁帶直接帶隙半導(dǎo)體材料，激子束縛能為60mev，可以在室溫產(chǎn)生的激子重組。盡管ZnO的研究可以追溯到幾十年前，但是新的研究方向主要集中在如何獲得高質(zhì)量的基板和p型摻雜以及稀磁特性等方面。要實(shí)現(xiàn)ZnO在器件上的應(yīng)用，一個(gè)急需解決的問(wèn)題便是p型導(dǎo)電問(wèn)題。最近關(guān)于p型ZnO研究開(kāi)展了很多工作，但是仍然很難獲得穩(wěn)定的p型摻雜?；谶@個(gè)背景，本文針對(duì)ZnO的p型摻雜開(kāi)展研究，以期從實(shí)驗(yàn)和理論上探索可行的工藝方案，并力圖解決其中的

2、某些關(guān)鍵問(wèn)題。
　　 本文采用激光脈沖沉積技術(shù)在單晶Si襯底上制備Li-N雙受主摻雜ZnO基薄膜，圍繞薄膜的結(jié)構(gòu)、電學(xué)和光學(xué)性質(zhì)展開(kāi)一系列的研究。并在此基礎(chǔ)上研制p-n結(jié)物理器件構(gòu)造，主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)論如下:
　　 1.系統(tǒng)地研究了氮?dú)鈮簩?duì)于形成p型(Li，N)∶ZnO薄膜受主態(tài)的影響。分析表明，適量的氮?dú)庥兄跍p少薄膜的應(yīng)力，有助于提高薄膜的結(jié)晶質(zhì)量，但是較高的氣壓使得薄膜的結(jié)晶質(zhì)量變差。光致發(fā)光光譜研究發(fā)現(xiàn)，氮?dú)鈮旱?/p>

3、增加導(dǎo)致薄膜的缺陷發(fā)光峰強(qiáng)度增大。同時(shí)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，氮離子可以調(diào)節(jié)薄膜的帶隙寬度，通過(guò)對(duì)Li含量為0.05％的樣品的透射分析發(fā)現(xiàn)，隨著氮?dú)鈮旱脑黾颖∧さ膸秾挾葴p小，產(chǎn)生紅移現(xiàn)象。
　　 2.在一定的氮?dú)鈮合?，系統(tǒng)地研究了Li含量對(duì)于薄膜的光學(xué)性能的影響。ZnO∶(Li，N)薄膜有很好的(002)結(jié)晶取向，并且樣品在可見(jiàn)光區(qū)域的透光率在80％以上。同時(shí)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，Li的摻入影響薄膜的光學(xué)帶隙，并且在形成Li-N雙受主摻雜條件下，可以獲

4、得ZnO薄膜的p型導(dǎo)電。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，p型受主激活主要來(lái)源于LiZn-No復(fù)合體(LiZn-Nocomplex)，但是較高的Li含量會(huì)導(dǎo)致樣品中的受主載流子濃度及霍爾遷移率降低。
　　 3.系統(tǒng)地研究了ZnO基p-n結(jié)的制備及傳輸特性。Ⅰ-Ⅴ電輸運(yùn)測(cè)試表明，基于p型Li-N∶ZnO制備出的p-n結(jié)結(jié)構(gòu)，具有明顯的整流特性和良好的重復(fù)性。表明LiZn-No復(fù)合體在ZnO體內(nèi)，具有穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，結(jié)的界面質(zhì)量與輸運(yùn)特性，可以通過(guò)控

5、制n型層和p型層的生長(zhǎng)質(zhì)量及二者的厚度比例得到控制，具有高質(zhì)量的結(jié)界面是保證p-n結(jié)器件功能的重要基礎(chǔ)。其中,激光沉積生長(zhǎng)p型(Li，N)∶ZnO薄膜技術(shù)是一條可行的途徑。
　　 4.研究了p-n結(jié)的光激發(fā)機(jī)理，對(duì)于作為發(fā)光二極管的核心部件p-n結(jié)的光致發(fā)光測(cè)試表明，不同發(fā)光區(qū)的光激發(fā)機(jī)理不同。形成LiZn-No復(fù)合體有利于增強(qiáng)激子的近帶邊輻射，但是游離的Li、N在ZnO體內(nèi)會(huì)增強(qiáng)表面或界面上深能級(jí)缺陷的形成。因此，如果要獲得紫