磷和銻摻雜p型ZnO薄膜制備及性能研究.pdf

1、ZnO是一種直接寬帶隙化合物半導(dǎo)體材料,其室溫禁帶寬度為3.37 eV,激子束縛能為60 meV,高于室溫熱能26 meV,因而理論上室溫下即會獲得高效的紫外激子發(fā)光和激光.要實現(xiàn)在光電領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,首先必須獲得性能良好的n型和p型ZnO材料.然而,由于ZnO薄膜中存在的本征缺陷,加上受主元素在ZnO中的溶解度較低且引入的受主能級均較深,P型ZnO薄膜的制備存在較多難點,從而影響了ZnO薄膜的應(yīng)用,因此性能良好的P型ZnO材料就成為了

2、ZnO研究工作者的研究難點和重點.在實現(xiàn)ZnO薄膜p型轉(zhuǎn)變的研究中,探討最多的就是第V族的摻雜元素,近年來提出的大尺寸失配摻雜(如P、As、Sb)技術(shù)為ZnO薄膜p型導(dǎo)電的研究提供了新的思路. 本論文首先系統(tǒng)闡述了ZnO的性能與各種制備技術(shù)及其應(yīng)用、缺陷與摻雜,其中重點介紹了V族元素摻雜的p型ZnO薄膜的研究進展.在此基礎(chǔ)上,我們對V族元素中磷和銻摻雜p型ZnO薄膜進行了研究.首先,本文討論磷摻雜源溫度TP對ZnO薄膜性能的影響

3、.當T<,P>為450℃時,EDS結(jié)果顯示磷含量達最大值1.51﹪,XRD和SEM結(jié)果顯示,薄膜的結(jié)晶質(zhì)量最好,ZnO(002)衍射峰最為尖銳,半高寬最小,且薄膜表面平整,晶粒之間沒有明顯的孔洞間隙.隨后探討了磷摻雜ZnO薄膜的摻雜機理,通過XPS測試,認為受主P<,Zn>-2V<,Zn>的存在是薄膜呈p型導(dǎo)電的主要原因. 其次,利用PLD方法實現(xiàn)了Sb摻雜ZnO薄膜的p型轉(zhuǎn)變,并對薄膜生長過程中襯底溫度、襯底類型和氣體流量等條

4、件對薄膜性能的影響進行探討.XRD測試結(jié)果表明,薄膜具有完全的c軸擇優(yōu)取向生長;Hall測試發(fā)現(xiàn),在襯底溫度為500-600℃時可獲得銻摻雜ZnO薄膜呈p型導(dǎo)電;室溫透射譜說明薄膜在可見光區(qū)有高的透過率(約90﹪以上),當入射波長小于380 nm,形成了陡峭的吸收邊;PL譜中則觀察到位于378.8 nm的紫外發(fā)光峰,可見光區(qū)間幾乎沒有與缺陷相關(guān)的藍-綠光發(fā)射帶.XRD圖譜顯示使用石英、硅片、玻璃為襯底時,均沒有二次相產(chǎn)生,其中硅片上生長