MOCVD法生長ZnO及ZnO：N薄膜的性能研究.pdf

1、ZnO是一種具有纖鋅礦晶體結(jié)構(gòu)的直接寬帶隙半導體材料。ZnO薄膜室溫光泵浦紫外激射的實現(xiàn)和自形成諧振腔的發(fā)現(xiàn)，使ZnO薄膜成為繼GaN之后半導體光電領域的又一研究熱點。與GaN相比，ZnO薄膜具有生長溫度低，激子復合能高(ZnO：60meV,GaN：21～25meV)，有可能實現(xiàn)室溫下的紫外受激發(fā)射，有望制備出性能較好的紫外探測器，發(fā)光二極管和激光二極管等光電器件。獲得高質(zhì)量的ZnO薄膜材料是研究開發(fā)ZnO基器件的基本前提條件。另外，Z

2、nO薄膜p型摻雜的實現(xiàn)是ZnO基光電器件的關鍵技術，所以如何實現(xiàn)有效p型摻雜已經(jīng)成為近來ZnO研究課題中的關鍵性問題。 本論文在系統(tǒng)總結(jié)了國內(nèi)外ZnO基材料制備和器件工藝的研究歷史、現(xiàn)狀以及存在問題的基礎上，利用自行設計并委托加工的MOCVD設備，對藍寶石襯底上ZnO的外延生長以及玻璃襯底上的p型摻雜進行了研究。通過多種測試手段和理論分析，取得了一些階段性成果： 1.用本實驗室自行設計的MOCVD設備，在(1120)藍寶

3、石襯底上外延生長了ZnO薄膜，其搖擺曲線的半高寬僅為0.15°，晶粒為明顯的六角結(jié)構(gòu)，并通過XRDφ掃描圖證明了ZnO薄膜和藍寶石襯底的外延關系。 2.生長了具有低溫ZnO緩沖層的ZnO薄膜，搖擺曲線的半高寬為0.15°，而同條件下無緩沖層的樣品的半高寬為0.4°；同時，具有低溫ZnO緩沖層的薄膜晶粒明顯增大，說明低溫ZnO緩沖層的存在顯著提高了ZnO外延薄膜的質(zhì)量。 3.以N2O作為N源，采用射頻源成功地實現(xiàn)了ZnOp

4、型摻雜。生長的ZnO薄膜具有良好的c軸擇優(yōu)取向，在可見光范圍內(nèi)(380-760nm)透射率約為95％。 4.分析了N2O作為N源時，襯底溫度對ZnO薄膜電學性能和表面形貌的影響。生長時間為30min，襯底溫度為550℃時，薄膜電阻率為116Ωcm，遷移率為0.26cm2/Vs，空穴濃度為2.07×1017cm-3。但500℃時的薄膜晶粒較大。 5.生長時間對摻氮ZnO導電性能造成了一定程度的影響，生長60min薄膜的電阻

5、率比30min生長的薄膜低1-2個數(shù)量級。當生長時間為60min，襯底溫度為450℃時，薄膜電阻率為7.67Ωcm，遷移率為0.211cm2/Vs，空穴濃度為3.85×1018cm-3。 6.NO作為N源，采用射頻源成功地實現(xiàn)了ZnOp型摻雜。分析了Zn源、N源流量對ZnO薄膜p型導電性能也有影響：Zn源流量和NO流量分別10sccm，6.5sccm時，薄膜電阻率為203Ωcm，遷移率為0.0191cm2/Vs，空穴濃度為1.6