非極性氧化鋅薄膜的外延生長及相關(guān)摻氮研究.pdf

1、近幾十年來，寬禁帶化合物半導(dǎo)體ZnO材料由于其自身擁有的諸多優(yōu)點(diǎn)而越來越受到研究者的重視，然而其p型材料制備的困難依然是制約其在光電器件方面大力發(fā)展的瓶頸。本論文的主要研究思想在于從ZnO的結(jié)構(gòu)方面尋求p型摻雜研究的突破。主要是利用分子束外延(MBE)的技術(shù)分別在ZnO(10-10)和MgO(100)兩種襯底上分別同質(zhì)和異質(zhì)外延生長了纖鋅礦ZnO(10-10)和立方ZnO(001)兩種非極性的薄膜。并對ZnO(10-10)薄膜進(jìn)行了摻氮

2、的初步探索研究。采用原位的反射高能電子衍射(RHEED)、原位的掃描隧道顯微鏡（STM）、異位的原子力顯微鏡(AFM)、異位的X射線衍射(XRD)對所生長的薄膜進(jìn)行細(xì)致的結(jié)構(gòu)分析;采用X射線光電子能譜(XPS)和透射譜進(jìn)行薄膜的成分和電子結(jié)構(gòu)的表征。
　　第一部分工作的研究結(jié)果表明，ZnO(10-10)襯底上可得到表面比較平整的同質(zhì)外延的無摻雜ZnO(10-10)薄膜;氮的摻入明顯改變了ZnO(10-10)的表面形貌，且N元素在薄

3、膜中的成鍵狀態(tài)會隨著N與O的氣壓比例的變化而變化，通過適當(dāng)?shù)恼{(diào)控，可出現(xiàn)N替代O這種有利于ZnO的p型摻雜的缺陷。
　　第二部分工作的主要結(jié)果是利用“三步驟”的方法，在MgO(100)襯底上外延生長了通常在高壓環(huán)境下制備的立方結(jié)構(gòu)的ZnO薄膜。經(jīng)檢測推斷，樣品的表面薄膜層（約5nm厚）為ZnO相，緩沖層為ZnMgO相。緩沖層和薄膜層均可能順延了襯底MgO的巖鹽礦結(jié)構(gòu)。由于立方的ZnO相對于纖鋅礦的結(jié)構(gòu)在p型摻雜方面具有一定的優(yōu)勢，