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ZnO是一种宽禁带(300K时,禁带宽度约为3.37 eV)化合物半导体材料,具有很大的激子束缚能(60mV),理论上可以实现室温下蓝紫光和紫外光受激发射。这样独特的性能使得ZnO在蓝光LED,激光器以及相关半导体器件领域有着广泛的应用前景。然而ZnO基半导体器件实用化的主要障碍是低阻p型ZnO的可重复性制备,因此对p型ZnO薄膜制备方法及机理的研究具有重要意义。本论文中,采用脉冲激光沉积(Pulsed Laser Deposition,PLD)技术,制备了多种ZnO薄膜,并采用掺杂或离子注入等技术试图使ZnO薄膜样品成为空穴导电的p型半导体。我们研究发现在特定的工艺条件下,通过P2O5掺杂ZnO靶材制备的磷掺杂ZnO薄膜和使用等离子体浸没注入(Plasma Ion Immersion Implantation,PIII)技术注氮制备的氮掺杂ZnO薄膜可成为p型半导体。实验中使用了原子力显微镜(AtomicForce Microscope,AFM),X射线衍射仪(X-ray Differaction,XRD),二次离子质谱仪(Secondary Ion Mass Spectra,SIMS),光电子能谱(X-ray Photon Spectrascope,XPS)和霍尔效应测试仪等方法对薄膜的结构、组分和电学性能进行了表征,比较系统地研究了ZnO薄膜的结构、性能与实验参数之间的关系,结果如下:1.Si衬底和靶材纯度对ZnO薄膜的影响:使用不同纯度的ZnO靶材(化学纯99.5%和分析纯99.99%),在p型Si(100)衬底上制备得到的ZnO薄膜样品均展现较低的电阻率和极大的霍尔迁移率;其中使用化学纯的靶材制备得到的样品呈n型,分析纯的靶材制备得到的样品呈p型。研究结果表明,两种样品均展现出较低电阻率和极大霍尔迁移率是因为Si衬底的电学性能贡献占主导地位;而使用化学纯靶材得到n型样品的原因可能是杂质元素硫扩散进入了Si衬底,产生SSi施主缺陷所致。2.磷掺杂的ZnO薄膜:实验发现在适宜的掺杂浓度、退火温度和退火时间条件下,能够得到电阻率低至2.63 Ohm·cm,载流子浓度达到1017/cm3的p型ZnO薄膜。XPS结果表明在磷掺杂的ZnO薄膜中,同时存在受主缺陷Po和施主PZn。只有通过严格控制实验条件,使得受主缺陷Po产生的空穴浓度大于施主缺陷PZn和本征缺陷带来的电子浓度,才能制备得到p型ZnO薄膜。3.氮注入的ZnO薄膜:实验发现在适宜的离子注入和退火条件下,可以得到p型ZnO薄膜。我们已得到的最佳p型ZnO薄膜的电阻率为873Ohm·cm,载流子浓度为1.3*1015/cm3。SIMS结果表明,退火之后的ZnO薄膜中仍然存在N离子,这是ZnO薄膜能够变成p型的主要原因。此外,如果N离子注入的剂量增加,由于离子注入带来的晶格损伤以及形成N相关的施主缺陷等因素,ZnO薄膜反而不能成为p型半导体。