Al、N共摻雜制備p—ZnO薄膜及性能研究.pdf

1、ZnO是一種新型的Ⅱ- Ⅳ族寬禁帶化合物半導(dǎo)體材料.由于ZnO具有很高的激子束縛能(室溫下為60meV),激子增益也可達(dá)到300cm<'-1>,是一種理想的短波長(zhǎng)發(fā)光器件材料,在LEDs、LDs等領(lǐng)域有巨大的應(yīng)用潛力.通過(guò)摻入Al、Ga等元素可形成具有優(yōu)異性能的n-ZnO材料,但ZnO的p型摻雜卻較為困難,一方面是由于受主固溶度低,另一方面,ZnO的許多本征施主缺陷(如鋅間隙和氧空位)會(huì)產(chǎn)生高度自補(bǔ)償.T.Yamamoto通過(guò)理論計(jì)算預(yù)

2、測(cè),通過(guò)施主(B、Al、Ga等)、受主(N、P、As等)共摻雜技術(shù)可以較容易地實(shí)現(xiàn)ZnO的p型轉(zhuǎn)變,據(jù)此,M.Joseph等利用Ga、N共摻雜生長(zhǎng)出了具有較好性能的p型ZnO薄膜.Al與Ga同屬ⅢA族元素,因此Al也適合用于共摻雜技術(shù)中生長(zhǎng)低阻的p型ZnO.而且Al原料豐富,價(jià)格低廉,如果Al能夠代替Ga,通過(guò)共摻實(shí)現(xiàn)p型轉(zhuǎn)變,那么對(duì)于ZnO材料的實(shí)際應(yīng)用將會(huì)有極其深遠(yuǎn)的意義. 磁控濺射是一種應(yīng)用較為成熟和廣泛的成膜技術(shù),適用于大面積沉

3、積,而且與Si平面工藝兼容,可以通入不同的濺射氣氛,靶材選擇范圍也比較廣泛,因而能夠有效實(shí)施ZnO的摻雜. 浙江大學(xué)硅材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室是國(guó)內(nèi)最早從事ZnO薄膜研究的課題組之一,在葉志鎮(zhèn)教授的帶領(lǐng)下,我們首次嘗試了采用直流磁控濺射設(shè)備用Al、N共摻雜的方法實(shí)現(xiàn)ZnO薄膜的p型轉(zhuǎn)變摻雜,用X射線光電子能譜(XPS)、二次離子質(zhì)譜(SIMS)等方法探討了其摻雜機(jī)理,并進(jìn)一步用X射線衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)、原子力顯微鏡(A