In-N共摻p型ZnMgO薄膜的制備及穩(wěn)定性研究.pdf

1、氧化鋅（ZnO）是Ⅱ-Ⅵ族直接寬帶隙半導(dǎo)體材料，室溫下其禁帶寬度與氮化鎵（GaN）相近約為3.37 eV，激子束縛能高達(dá)60meV，是GaN（約25 meV）的兩倍之多，遠(yuǎn)高于室溫?zé)崮埽?6 meV），有望實現(xiàn)室溫乃至更高溫度下的激子受激發(fā)射；同時，氧化鋅還具有原材料豐富、無毒等優(yōu)點。因此，ZnO被認(rèn)為是制備發(fā)光二極管、激光器和紫外探測器等短波長光電器件的一種理想材料。要想實現(xiàn)ZnO在光電器件領(lǐng)域的實際應(yīng)用，高質(zhì)量穩(wěn)定的ZnO基pn結(jié)必

2、不可少。由于ZnO摻雜呈現(xiàn)非對稱性，所以n型材料容易獲取，然而自補(bǔ)償效應(yīng)、受主雜質(zhì)摻雜濃度低以及受主能級深等因素導(dǎo)致了高質(zhì)量穩(wěn)定的p型材料難以制備，這已成為阻礙其在光電器件領(lǐng)域發(fā)展的關(guān)鍵性問題，也是亟待突破的瓶頸性問題。近些年，由Yamamoto提出的施主-受主共摻技術(shù)為制備穩(wěn)定低阻的p型ZnO材料開辟了一條新的途徑。此外，通過能帶調(diào)節(jié)工程還可以將ZnO光電器件的工作范圍從深紫外區(qū)調(diào)節(jié)到可見光區(qū)域，極大的擴(kuò)展了ZnO材料的應(yīng)用范圍。

3、r>　　本文采用射頻磁控濺射在石英襯底上制備ZnMgO:In薄膜，通過N離子注入獲得了In-N共摻ZnMgO薄膜（ZnMgO:In-N薄膜）。借助于X射線衍射分析（XRD）、X射線光電子能譜（XPS）、拉曼光譜分析（Raman）和霍爾效應(yīng)測試（Hall）等測試表征手段，研究了不同退火溫度對ZnMgO:In-N薄膜結(jié)構(gòu)和電學(xué)等特性的影響，并探討了其 p型轉(zhuǎn)變機(jī)理和影響其 p型導(dǎo)電性能衰減的原因。實驗結(jié)果表明：所有制備的薄膜均呈現(xiàn)纖鋅礦結(jié)構(gòu)

4、，沿c軸方向擇優(yōu)生長。在N2氛圍下對ZnMgO:In-N薄膜進(jìn)行不同溫度的退火處理，退火時間為25 min，找到了一個實現(xiàn)p型導(dǎo)電的退火溫度窗口（570℃-590℃）。當(dāng)退火溫度為580℃時，能夠得到性能良好的p型ZnMgO:In-N薄膜，薄膜具有良好的p型導(dǎo)電能力和較小的殘余應(yīng)力，其p-ZnMgO:In-N/n-ZnMgO:In同質(zhì)結(jié)表現(xiàn)出較好的二極管整流特性。在退火過程中，InZn+2NO受主復(fù)合體的形成是ZnMgO:In-N薄膜實

5、現(xiàn)p型導(dǎo)電轉(zhuǎn)變的主要原因，施主型缺陷鋅間隙濃度降低減少對受主的補(bǔ)償作用。在p型穩(wěn)定性方面，ZnMgO:In-N薄膜在保存2-3個月的時間里p型導(dǎo)電性能逐漸衰退，表現(xiàn)在載流子濃度下降和電阻率上升，甚至個別樣品出現(xiàn)了由p型導(dǎo)電轉(zhuǎn)變?yōu)閚型導(dǎo)電的情況。研究認(rèn)為ZnMgO:In-N薄膜里(N2)O雙重施主型缺陷和表面吸附污染對p型導(dǎo)電性能衰減具有一定的影響。通過真空高溫退火處理可消除p型ZnMgO:In-N薄膜中的(N2)O施主缺陷，但會導(dǎo)致薄膜