(Li,N)共摻p-ZnO薄膜、制備、性能及p-n結(jié)研究.pdf

1、ZnO是Ⅱ-Ⅵ族寬禁帶直接帶隙半導體材料，激子束縛能為60mev，可以在室溫產(chǎn)生的激子重組。盡管ZnO的研究可以追溯到幾十年前，但是新的研究方向主要集中在如何獲得高質(zhì)量的基板和p型摻雜以及稀磁特性等方面。要實現(xiàn)ZnO在器件上的應用，一個急需解決的問題便是p型導電問題。最近關于p型ZnO研究開展了很多工作，但是仍然很難獲得穩(wěn)定的p型摻雜?；谶@個背景，本文針對ZnO的p型摻雜開展研究，以期從實驗和理論上探索可行的工藝方案，并力圖解決其中的

2、某些關鍵問題。
　　 本文采用激光脈沖沉積技術(shù)在單晶Si襯底上制備Li-N雙受主摻雜ZnO基薄膜，圍繞薄膜的結(jié)構(gòu)、電學和光學性質(zhì)展開一系列的研究。并在此基礎上研制p-n結(jié)物理器件構(gòu)造，主要研究內(nèi)容及結(jié)論如下:
　　 1.系統(tǒng)地研究了氮氣壓對于形成p型(Li，N)∶ZnO薄膜受主態(tài)的影響。分析表明，適量的氮氣有助于減少薄膜的應力，有助于提高薄膜的結(jié)晶質(zhì)量，但是較高的氣壓使得薄膜的結(jié)晶質(zhì)量變差。光致發(fā)光光譜研究發(fā)現(xiàn)，氮氣壓的

3、增加導致薄膜的缺陷發(fā)光峰強度增大。同時實驗發(fā)現(xiàn)，氮離子可以調(diào)節(jié)薄膜的帶隙寬度，通過對Li含量為0.05％的樣品的透射分析發(fā)現(xiàn)，隨著氮氣壓的增加薄膜的帶隙寬度減小，產(chǎn)生紅移現(xiàn)象。
　　 2.在一定的氮氣壓下，系統(tǒng)地研究了Li含量對于薄膜的光學性能的影響。ZnO∶(Li，N)薄膜有很好的(002)結(jié)晶取向，并且樣品在可見光區(qū)域的透光率在80％以上。同時實驗發(fā)現(xiàn)，Li的摻入影響薄膜的光學帶隙，并且在形成Li-N雙受主摻雜條件下，可以獲

4、得ZnO薄膜的p型導電。實驗發(fā)現(xiàn)，p型受主激活主要來源于LiZn-No復合體(LiZn-Nocomplex)，但是較高的Li含量會導致樣品中的受主載流子濃度及霍爾遷移率降低。
　　 3.系統(tǒng)地研究了ZnO基p-n結(jié)的制備及傳輸特性。Ⅰ-Ⅴ電輸運測試表明，基于p型Li-N∶ZnO制備出的p-n結(jié)結(jié)構(gòu)，具有明顯的整流特性和良好的重復性。表明LiZn-No復合體在ZnO體內(nèi)，具有穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)。實驗還發(fā)現(xiàn)，結(jié)的界面質(zhì)量與輸運特性，可以通過控

5、制n型層和p型層的生長質(zhì)量及二者的厚度比例得到控制，具有高質(zhì)量的結(jié)界面是保證p-n結(jié)器件功能的重要基礎。其中,激光沉積生長p型(Li，N)∶ZnO薄膜技術(shù)是一條可行的途徑。
　　 4.研究了p-n結(jié)的光激發(fā)機理，對于作為發(fā)光二極管的核心部件p-n結(jié)的光致發(fā)光測試表明，不同發(fā)光區(qū)的光激發(fā)機理不同。形成LiZn-No復合體有利于增強激子的近帶邊輻射，但是游離的Li、N在ZnO體內(nèi)會增強表面或界面上深能級缺陷的形成。因此，如果要獲得紫