直流反應(yīng)磁控濺射法制備p型ZnMgO薄膜.pdf

1、ZnO是一種II-VI族寬禁帶化合物半導(dǎo)體材料,屬于六方纖鋅礦結(jié)構(gòu).ZnO在光電、壓電、熱電、鐵電等諸多領(lǐng)域都具有優(yōu)異的性能,但是最具潛力的應(yīng)用是在光電器件領(lǐng)域.ZnO的禁帶寬度寬,室溫下為3.37 eV,激子結(jié)合能為60 meV,遠(yuǎn)高于其它寬禁帶半導(dǎo)體材料,如GaN為25.meV.ZnO激子在室溫下也是穩(wěn)定的,可以實(shí)現(xiàn)室溫或更高溫度下高效的激子受激發(fā)光.此外,將ZnO與MgO形成ZnMgO合金薄膜,可以通過(guò)調(diào)節(jié)Mg含量達(dá)到調(diào)節(jié)ZnMg

2、O合金半導(dǎo)體薄膜禁帶寬度的目的.所以,ZnO在短波長(zhǎng)光電器件領(lǐng)域有著極大的應(yīng)用潛力,如藍(lán)紫光發(fā)光二極管(LED)和激光器(LD)等,可作為白光的起始材料. 本征ZnO具有n型導(dǎo)電性能,通過(guò)摻入Al、Ga等施主元素,可以得到性能優(yōu)異的n型ZnO,但是由于受主元素在ZnO中的固溶度低以及ZnO本征施主缺陷的白補(bǔ)償效應(yīng),ZnO的p型摻雜很困難, ZnMgO的p型摻雜將面臨同樣的問(wèn)題,本文把過(guò)去Al-N共摻ZnO的方法應(yīng)用到ZnMgO薄

3、膜中,制備了穩(wěn)定的n型ZnMgO薄膜,并對(duì)薄膜的性能進(jìn)行分析,得出生長(zhǎng)ZnMgO薄膜的最優(yōu)生長(zhǎng)參數(shù),為制備ZnO基光電器件奠定基礎(chǔ). 以下是本文的研究?jī)?nèi)容: 采用直流反應(yīng)磁控濺射設(shè)備,通過(guò)A1-N共摻方法制備了p型ZnMgO三元合金薄膜.主要研究襯底溫度,N<,2>O流量比例,襯底類(lèi)型對(duì)ZnMgO薄膜的結(jié)晶性能,表面形貌和電學(xué)性能的影響,其中以電學(xué)性能的研究為主.結(jié)果發(fā)現(xiàn),襯底溫度在400-530℃溫度區(qū)間內(nèi)呈現(xiàn)為p型,

4、在530℃時(shí),薄膜具有最優(yōu)的電學(xué)性能,電阻率為58.5Ωcm,空穴濃度1.95×10<'17>cm<'-3>;而對(duì)于相同溫度條件下生長(zhǎng)ZnMgO薄膜,當(dāng)N<,2>O/(O<,2>+N<,2>O)>≥0.4時(shí),薄膜的導(dǎo)電類(lèi)型為p型,其中,N<,2>O/(O<,2>+N<,2>O)=0.7時(shí),薄膜結(jié)晶性能和擇優(yōu)取向性最好,且電阻率在此時(shí)達(dá)到最小值;薄膜在三種不同襯底上的結(jié)晶性能從優(yōu)到劣的順序?yàn)?硅片>石英>玻璃,電學(xué)性能測(cè)試結(jié)果表明硅片本身

5、導(dǎo)電性能會(huì)影響測(cè)試結(jié)果. 通過(guò)與單摻N的薄膜電學(xué)性能的比較,發(fā)現(xiàn)Al的摻入促進(jìn)了N的摻入,提高了薄膜中的空穴濃度.p型和n型ZnMgO薄膜的XPS分析,驗(yàn)證了Al的摻入,與N形成Al-2N復(fù)合體的理論,并發(fā)現(xiàn)N在ZnMgO薄膜中存在兩種化學(xué)環(huán)境,分別對(duì)應(yīng)N<,o>和(N<,2>)<,o>,薄膜的導(dǎo)電類(lèi)型與這兩種化學(xué)環(huán)境中N的相對(duì)濃度的高低有很大的關(guān)系,表現(xiàn)為當(dāng)N<,o>占優(yōu)勢(shì)時(shí),薄膜呈現(xiàn)p型導(dǎo)電性能,當(dāng)(N<,2>)<,o>占優(yōu)