ZnO薄膜和p型ZnO薄膜的磁控溅射法制备及其性质研究

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ZnO是一种新型的宽禁带化合物半导体材料,其室温禁带宽度为3.37eV,熔点为2230K,具有良好的热稳定性和化学稳定性以及更短的激射波长,是制作短波长激光器以及紫外探测器的理想材料。ZnO最大的优点是其高的激子束缚能(60meV),比同是Ⅱ-Ⅵ族的ZnSe(21meV)及Ⅲ-Ⅴ族GaN(20meV)高出许多,高的激子束缚能使其在室温下具有强的激子发光特性。 本论文利用射频磁控反应溅射技术生长出具有高度晶面(002)取向的ZnO外延薄膜。通过原子力显微镜(AFM)、X射线衍射(XRD)、吸收光谱(ABS)和荧光光谱(PL)等测量分析手段,分别研究分析了不同衬底、不同溅射气氛和退火对ZnO薄膜结晶质量及光学性质的影响。研究表明,在200℃低温生长的硅基ZnO外延薄膜能够形成几十到几百纳米的氧化锌准六角结构外形,而玻璃基底上则没有。当氧氩比为4∶1时,吸收谱激子峰最佳;而退火处理后,所有样品的结晶质量提高,表面更平整,且吸收谱的激子峰(363nm)得到加强,同时出现了402nm的晶体内本征氧空位的紫光发射。 p型掺杂是形成p-n结,实现ZnO电注入发光的关键技术。本论文应用磁控溅射的方法,首次采用“高掺磷Si衬底-ZnO薄膜磷扩散法”制备了p型ZnO薄膜。XRD测试结果显示了p型ZnO薄膜的高度c轴择优取向,其结晶尺寸大约18nm。p型ZnO薄膜与n型Si衬底之间的异质p-n结具有开启电压为2.5V、较低的反向漏电电流的良好的伏安特性曲线。
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