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时间:2019-05-20
《脉冲激光沉积法生长ZnMgO合金薄膜和LiN共掺p型ZnO薄膜及紫外探测器的研制》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、浙江大学博士学位论文脉冲激光沉积法生长ZnMgO合金薄膜和Li-N共掺p型ZnO薄膜及紫外探测器的研制姓名:张银珠申请学位级别:博士专业:材料物理与化学指导教师:叶志镇20060401浙江大学博士学位论文摘要ZIl0是一种直接带隙宽禁带II.vI族化合物半导体材料,其晶体结构、晶格常数和禁带宽度都与GaN非常接近。zIl0最大的优势在于它的激子束缚能很大,约为60mev,是GaN激子束缚能的两倍多,可以在室温或更高温度下实现激子受激发光。因此,znO在短波长光电器件领域有着巨大的应用潜力。本文利用自行设计建立的脉冲激光沉积(PLD)系
2、统,进行了znl。M&O合金薄膜和zno/znl。MgxO多层异质结构的生长、p型znl.xMgx0薄膜的初步探索以及p型zIl0薄膜的掺杂研究,并研制了一个硅基znO光电导型紫外探测器。研究硅基zno/Znl一;Mgxo多层异质结构和量子阱结构的结晶质量和发光特性,为znO光电器件的研发奠定基础。而znl一;M&O薄膜p型转变的成功能为znO异质p—n结器件做好材料准备。本文采用一种新的共掺技术——Li—N双受主共掺,成功制各了低电阻率的p—znO薄膜。1.硅基zⅡ1.0ugxO合金薄膜及zn0/Znl.;M&0异质结和量子阱结构利
3、用自制PLD系统在p-si(100)上生长盈l_xM&O合金薄膜。从生长参数对薄膜的结构、形貌和光学性能的对比研究中,找到可适用于硅基zn0/znl.。M甑O异质结构生长的合金薄膜的优化工艺参数。优化条件下制得的薄膜晶体质量良好,均具有高度c轴择优取向性,其晶体结构与zIlO的一致,表面粗糙度约为1nm,与znO的晶格失配度仅为.O.35%。首次采用PLD技术在si(100)和zIlO/si(100)上生长znl-xMg。o/znO/znl一,M&O双异质结,得到了具有完全c轴择优取向的晶粒致密的多层异质结构。其室温PL谱中均可以观察
4、到异质结中znO层位于~3-3ev的近带边发光,无明显的深能级缺陷发光,表明多层异质结构的结晶质量较高。在zno/Si(100)上还尝试生长了zno/znl。MgxO多量子阱结构,所得的是多层纳米结构。首次以Li为受主掺杂元素,实现了zIll.xM&O薄膜的p型转变,电阻率为10.1Qcrll,载流子浓度为2.45×1018cIn一,迁移率为o.251cm2/vs。这项工作还在继续系统研究中。摘要ABsTRACT2.u.N双受主共掺p型zn0薄膜利用PLD技术在实时掺杂方面的优势,用znO:Li陶瓷靶作为U源,高压电离活化的N20作为
5、N源,对Zn0进行Li.N双受主p型掺杂,成功制备了低电阻率的p型Zn0薄膜。系统研究了生长工艺参数对p-znO:(Li,N)薄膜的结构、表面形貌、电学和光学性能的影响,得出Li.N双受主共掺杂p型znO薄膜的优化参数。在优化参数下制得的p.znO:(1j,N)薄膜电学性能优良,最低电阻率为3.99Qcm,载流子浓度高达9.12×1018cm。,Hall迁移率为o.172cInWs。p.znO:(“,N)薄膜低温PL谱中观察到位于3.374eV、3.318eV、3.215eV和3.154ev的4个发光带,分析得出它们分别来自中性受主束
6、缚激子(”x)和3个施主一受主(DAP)复合发光。计算得到3个(Ⅸ圩)发光峰的相应受主能级约为120mev、222mev和283mev。120mev和222mev分别对应于Li受主和N受主的能级,说明Lj和N已共同掺入znO中并以受主形式存在。zn0同质p嘶结(P—ZIlO:(Li,N№.znO,舢203)的^矿性能测试显示出典型的p卅结整流特性,进一步证明Li—N双受主掺杂ZIIO已经实现了p型转变。本文初步探讨了Li.N共掺的物理机理,并给出Li.N共掺的理论模型来解释其p型掺杂的机理。工j.N双受主共掺杂可以避免施主一受主共掺技
7、术中旌主对P型电导的负面影响,有望能够解决znO的p型掺杂问题。3.硅基Zno紫外探测器的研究采用PLD法在si(1111上生长了高度c轴取向的高电阻率znO薄膜,以制得的zn0薄膜制备了~一znO.Al结构的光电导型紫外探测器原型器件。探测器的截止波长为370nm,5V偏压下的紫外光响应度为0.5√Vw。关键词:znMgO合金薄膜,zno/znMgO异质结构,p型zn0,Li-N共掺技术,硅基,脉冲激光沉积,znO紫外探测器Ⅱ浙江大学博士学位论文AbstractZn0isaII—VIcompoundsemi∞nductorwitha
8、directwidebandgapof3t3eV.nscrystalstmcture,】atlicepammeterandbaIldg印arequitedosetothOseofGaN.1rhemoStsj鲥fjcall
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