摻雜ZnO薄膜及ZnO基異質(zhì)結(jié)發(fā)光器件研究.pdf

1、ZnO是具有高激子束縛能(～60meV)的寬帶隙(3.37eV)半導體材料。它在紫外發(fā)光(激光)二極管、薄膜晶體管、紫外探測器、氣體傳感器、稀磁半導體等領域有廣闊的應用前景。本論文針對目前ZnO研究中的熱點問題，在ZnO：Mn稀磁半導體薄膜、ZnO：F透明導電薄膜以及ZnO/GaN異質(zhì)結(jié)發(fā)光器件等方面，開展了一系列研究工作，取得如下主要結(jié)果： 一、采用磁控共濺射技術制備了Mn單摻雜及(Mn，N)共摻雜的ZnO薄膜。薄膜均具有單相

2、、c軸取向的六角纖鋅礦結(jié)構(gòu)。Mn摻雜導致了ZnO晶格常數(shù)和光學帶隙的增加，并且誘導了微結(jié)構(gòu)的無序性。室溫下，Mn單摻雜的ZnO薄膜僅表現(xiàn)出(稀)磁行為；而(Mn,N)共摻雜的ZnO薄膜則具有居里溫度高于300K的鐵磁性。并利用束縛磁極化子模型討論了共摻雜薄膜中的鐵磁耦合機制。 二、采用電子束蒸發(fā)ZnF2結(jié)合熱氧化的方法制備了F摻雜的ZnO多晶薄膜。ZnO：F薄膜具有低于10-3Ωcm的電阻率和高于90％的可見光透過率。F的施主摻

3、雜不僅提高了薄膜的電子濃度，而且鈍化了ZnO納米晶表面的缺陷態(tài)。F鈍化效應體現(xiàn)在：(1)降低了界面勢壘高度(僅為～5meV)，增加了載流子的遷移率； (2)淬滅了與缺陷相關的ZnO可見發(fā)射，提高了紫外發(fā)光效率。此外，對ZnO：F薄膜中電子輸運機制的探求發(fā)現(xiàn)：低溫下，離化雜質(zhì)是主要的載流子散射中心；高溫下，極化光學聲子散射降低了載流子的遷移率。 三、設計并制備了p-GaN/n-ZnO和p-GaN/i-ZnO/n-ZnO異質(zhì)