P型半导体氧化锌薄膜光电性质研究

摘要

本文的主要内容为P型半导体氧化锌薄膜的光电性质研究。P型ZnO在光电子和微电子器件领域有很好的应用前景，其光学和电学性质研究显得非常重要。 本文中首先介绍了半导体光电性质的研究方法和实验仪器，即Raman散射、光致发光、霍耳效应的测试方法以及测量装置，所用实验仪器主要是：显微Raman光谱仪和变磁场霍耳效应测量（磁场是由英国Oxford公司的超导磁体提供）。其次对ZnO的光电研究现状作了总结。从而看到关于ZnO的基本性质方面目前还存在很多问题尚不清楚。对于p型ZnO的制备目前仍存在很多问题，而关于它的高迁移率则成为人们吵得很热的一个话题。 结合结构、光学和电学性质对超声喷雾热解方法生长在本征Si衬底上的N－In共掺的p型ZnO薄膜进行了研究，发现空穴浓度随温度呈现热激发行为，其激发能（约20 meV）来源于浅的晶界陷阱能级，而且与光致发光和变温电导实验中得到的激发能相符合。另一方面，由于缺乏晶界势垒效应和N-In共掺导致的较弱的电离杂质散射，从而在样品中实现了较高的空穴迁移率。继而通过洛仑兹(Lorentz)模型和等离子激元与LO声子耦合模理论模型拟合Raman光谱，对样品的Raman峰进行了指认；同时也得到了样品的空穴浓度和迁移率，结果和霍耳测量得到的空穴浓度和迁移率符合的较好，证明了霍耳测量高迁移率p型ZnO薄膜得到的电学参数是可信的，进一步证实了电学分析的可靠性。 对不同浓度的p型ZnO薄膜变温Raman光谱进行研究,运用了一个详细的模型（考虑了晶格热膨胀、残余应力、和多声子衰变）描述了不同浓度下各个样品Raman光谱中的等离子激元与LO声子耦合模随温度变化的情况，拟合曲线与实验点符合的较好。通过分析拟合参数，可以清楚地了解随着浓度的增加耦合模的衰变行为，进一步对耦合模的寿命随着温度和掺杂浓度变化有了清楚了解。