宽带隙半导体SiC和ZnO的光电性质及掺杂研究博士学位论文

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1、中国科学技术大学博士学位论文宽带隙半导体SiC和ZnO的光电性质及掺杂研究姓名：陈小庆申请学位级别：博士专业：凝聚态物理指导教师：傅竹西20100501摘要SiC和ZnO属于第三代宽禁带半导体材料，它们都有很多优良的性能，所以一直都是人们研究的热点。SiC是一种典型的宽禁带半导体材料，迁移率很高、热稳定性和化学稳定性比较优良，在一些特殊的电子器件制造方面有非常大的应用潜力，比如高频、大功率、耐高温、抗辐射等。然而，SiC材料单晶片价格昂贵，目前国内虽已有了SiC单晶材料生长的相关报道，但其质量不好，高质量的SiC单晶片还需要进口，并且进口的单晶片还只是小尺寸的，大面积单晶片依然难以制备

2、。这样的现状促使人们探讨在一些廉价衬底上生长SiC薄膜的方法，比如硅基片。一方面由于目前硅工艺比较成熟，可以买到很廉价的大面积的高纯硅基片，另一方面，在Si衬底上生长SiC薄膜，可以使我们的SiC制备与目前世界上已经比较成熟的Si工艺相结合，制备出相应的Si基器件，以适应大规模集成电路的需要。ZnO是一种II．Ⅵ族的半导体材料，在室温下有着3．37eV的禁带宽度(直接带隙)，激子结合能高达60meV，因而受到了广泛关注，人们普遍认为它有望取代GaN而作为新一代短波长光电子材料的领军者。随着ZnO半导体材料的性质和制备工艺的研究不断的进展，基于ZnO的器件，特别是其光电子方面的器件研究取

3、得了巨大进展，但目前来说还未达到实用化水平，其发展已到了瓶颈阶段，因而需要对ZnO材料的一些最基本的问题进行深入研究，比如说ZnO中的掺杂和缺陷，ZnO的生长设备改进，高质量的P型ZnO制备等等。另一方面，可以寻找其它P型衬底，来异质外延n型ZnO薄膜，制造异质pn结，并且研究其电致发光，也引起了人们的广泛关注。围绕上述背景，本论文分为五章，主要内容概括如下：第一章，简单介绍了SiC和ZnO的基本性质，包括结构，力学性质，热学性质，光电性质，介绍了它们的常用制备方法和表征手段，以及它们的广泛应用前景。第二章，具体介绍了我们实验组自行设计的，联通式双反应室的MOCVD设备。摘要第三章，用

4、MOCVD设备在硅衬底上制备了高质量的SiC掺Al薄膜，研究了Al在SiC薄膜中的掺杂机制，研究了SiC掺Al薄膜的导电类型调控。第四章，利用磁控溅射方法，在6H．SiC单晶片上外延掺Sb的ZnO薄膜，同时生长纯的ZnO薄膜作为对比，研究Sb掺杂对于ZnO薄膜的缺陷和光学性质的影响。第五章，总结和展望。关键词：碳化硅，氧化锌，薄膜生长，掺杂，导电类型HAbstractAsathirdgenerationwidebandgapsemiconductormaterials，SiC，andZnObecauseofitsexcellentperformancehasbeenonestudyof

5、hotspots．SiCasatypicalwidebandgapsemiconductormaterialswithhighmobility,excellentthermalstabilityandchemicalstability，high—frequency,highpower,hightemperature，radiationandotherelectronicdeviceshasgreatpotentialforapplication．However，SiCsinglecrystalisexpensive，domesticDespitetheachievedgrowthofS

6、iCsinglecrystalmaterials，butstillhastoimporthigh—qualitySiCsinglecrystal，largeareasubstratesisalsohardtoget．ThishaspromptedpeopletoexplorethegrowthofSiCthinfilmsonSisubsuatemethod．Ontheonehand，largeareaSisubstrateseasytoget，andcost；Ontheotherhand，SiheteroepitaxialSiCsubstratecouldfacilitatecombi

7、nationofSiCandSiprocesstoprepareaSi-baseddevices，toadapttotheneedsoflargescaleintegratedcircuit．ZnOisakindofII—VIdirectbandgapofwidebandgapsemiconductormaterials，becauseatroomtemperatureisabout3．37eVofthebandgapandupto60meVe