MOCVD法生长磷掺杂p型ZnO薄膜及其退火研究

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ZnO作为一种新型的Ⅱ—Ⅳ族化合物半导体材料,广泛应用于紫外发光器件、变阻器、表面声波器件、压电传感器、透明电极等领域。ZnO的室温禁带宽度大(3.37eV),激子束缚能(60meV)高,使得它在光电领域有巨大应用潜力,从而受到了人们的高度重视。 ZnO天然是一种极性半导体,n型掺杂容易实现,而p型ZnO薄膜的制备则相对比较难。在实现ZnO薄膜p型转变的研究中,探讨最多的就是第V族的掺杂元素,但是到目前为止仍然缺乏可靠的、高重复性的p型掺杂。而近来提出的大尺寸失配掺杂(如P、As、Sb)技术为ZnO薄膜p型导电的研究提供了新的思路,采用磷掺杂能够得到重复性和稳定性更好的p-ZnO薄膜。 目前,制备磷掺杂p型ZnO薄膜的方法主要是射频磁控溅射和脉冲激光沉积。而MOCVD方法作为一种很好的成膜技术,易于制备出高晶体质量的ZnO薄膜,能够实现大面积沉积,适合于工业化生产。因此,使用MOCVD方法制备p型ZnO薄膜是十分有意义的。 本论文系统阐述了ZnO的性能、应用前景以及各种制备技术,并对p型掺杂进行了详细研究,取得的成果如下: 1.利用本实验室自行改装的MOCVD设备,分别在玻璃和石英衬底上生长了磷掺杂ZnO薄膜,对其进行退火,实现了ZnO薄膜的p型转变。测试结果表明获得的p型ZnO薄膜具有优良的性能。 2.在350—600℃范围内退火的磷掺杂ZnO薄膜具有良好的c轴择优取向,且(002)峰随着退火温度的升高显著增强,半高宽减小。并且由于O2能使薄膜晶体得到较充分氧化,本征氧间隙数量减少,所以O2气氛中退火的薄膜比在N2中退火的晶体质量更优。 4.具体研究了退火温度、退火时间以及退火气氛对磷掺杂ZnO薄膜电学性能的影响。在O2和N2气氛中对磷掺杂ZnO薄膜进行低温长时间退火,能够在450—550℃范围内O2气氛中获得p型ZnO薄膜,且500℃下退火20min的薄膜的导电性能得到最明显的改善。如果进行高温快速热退火,两种气氛中得到的薄
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