氮掺杂p型ZnO薄膜材料的制备及光电性质研究

摘要

氧化锌(ZnO)是一种具有六方结构的宽禁带Ⅱ-Ⅵ族半导体材料，室温下其激子束缚能高达60meV，这一特性使ZnO具备了室温下高效率激子发光的有利条件。因此，ZnO已经成为低阈值紫外激光器的一种全新候选材料。然而，高质量的p型ZnO难于获得仍是实现ZnO紫外激光器件的最大障碍。目前，对p型ZnO中载流子迁移率过低和p型电导稳定性较差等问题，国际上尚无详细的研究和明确的结论。针对当前ZnO研究工作中的这些关键问题，本论文通过热氧化方法制备氮掺杂的p型ZnO薄膜，研究了ZnO实现转型的过程，分析了影响p型ZnO载流子输运性质的机制，讨论了影响p型ZnO薄膜稳定性的因素，具体的研究工作如下： 1.采用等离子体化学气相沉积及后退火氧化的方法，制备出氮掺杂的p型ZnO薄膜。通过化学成分、结构、表面形貌、光学和电学性质的分析，揭示了氮原子进入氧化锌晶格的氧格位，并被H钝化，在热诱导下逐渐被激活成为有效受主，进而实现了ZnO由n型向p型的转变过程。 2.通过霍尔效应与温度的依赖关系，研究了热氧化方法制备的p型ZnO薄膜的电学性质。重点讨论了各种散射机制包括电离杂质散射、压电散射、声学声子散射、极化光学声子散射、晶界散射和位错散射对空穴载流子迁移率的影响，分析了p型ZnO中载流子迁移率过低的原因。估算出p型ZnO薄膜中氮受主的热离化能是170meV。 3.讨论了影响p型ZnO薄膜稳定性的因素。研究发现，在黑暗条件下p型ZnO薄膜随时间变化，其电学性质比较稳定；而对光辐照则比较敏感。讨论了光辐照对p型ZnO样品电学性质的影响，并对样品经过光辐照后由p型转为n型这一实验现象做了定性解释，将其归结为表面(或界面)缺陷产生的杂质能级对非平衡电子的陷阱作用。

目录

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摘要

第一章引言

第二章等离子体增强化学气相沉积方法及ZnO：N材料的表征手段

第三章热氧化氮氧锌薄膜制备p型氧化锌

第四章p型氧化锌薄膜的电学性质和光学特性研究

第五章光辐照条件下p型氧化锌薄膜稳定性研究

第六章结论

作者简介及攻读博士学位期间承担的主要工作及成果

致谢