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ZnO是属于Ⅱ-Ⅵ族的宽禁带氧化物半导体材料,具备直接带隙的性质。ZnO能否实现作为可持续发展光电材料的广泛应用的关键是制备良好性能的ZnO同质结,从而需要制备稳定的与性能能良好的p型ZnO薄膜。目前关于成功制备p型ZnO薄膜有许多报道,但制备p型ZnO薄膜中存在无法同时获得较优的迁移率与空穴浓度的问题。其中的关键因素是受主固溶度有限及本征施主缺陷。有望能够在关键因素方面取得突破的掺杂元素组合方式与制备方式需要得到重点研究。针对制备p型ZnO薄膜存在的问题,本论文的实验过程在此基础上展开,通过分子束外延、离子注入、原位退火以及高温高压退火之间的相互结合,采用IA族元素与VA元素掺的方式,以达到“增加受主杂质浓度,抑制施主缺陷浓度”的目的,从而制备稳定的与性能良好的p型ZnO薄膜。本论文工作主要包含以下内容:1.采用射频等离子体分子束外延技术在c面蓝宝石衬底上生长ZnO薄膜。研究了 MgO缓冲层、Zn源温度、高纯氧气流量参数、衬底温度及NaN03束流参数对制备的ZnO薄膜的性能影响。将MgO缓冲层技术生长于ZnO薄膜和蓝宝石衬底之间,降低了 ZnO薄膜与c面蓝宝石衬底间的晶格失配度,提高了ZnO单晶薄膜的晶体质量;优化Zn源温度以及高纯氧气流量实验参数生长ZnO薄膜,提高ZnO薄膜的电学性能参数以及降低表面粗糙度。选择合适的衬底温度及NaN03束流参数可制备p型ZnO薄膜。2.在射频等离子体分子束外延设备并在c面蓝宝石衬底上生长ZnO薄膜,ZnO薄膜具备较优的电学性能与晶体质量。采用Li与N及Na与N的双受主离子注入制备p型ZnO薄膜,可以增加受主杂质的固溶度以及增强p型ZnO薄膜的稳定性,原位退火可以恢复高能量离子注入在ZnO薄膜形成的晶格损伤与缺陷和激活受主杂质。注入过程条件为N离子注入能量为80keV,注入剂量为1.7×1015cm-2,Li离子注入能量为30keV,注入剂量为2.0×1015cm-2,所制备的Li-N共掺p型ZnO薄膜具备较优的p型性能,其具体p型电学性能参数为:空穴浓度为2.3×1016cm-3,迁移率为0.8cm2V-1s-1,电阻率为328.9Ω·cm。注入过程条件为N离子注入能量为90keV,注入剂量为1.7×1015cm-2,Na离子注入能量为130keV,注入剂量为2.0×1014cm-2,所制备的Na-N共掺p型ZnO薄膜具备较优的p型性能,其具体p型电学性能参数为:空穴浓度为1.24×1016cm-3,迁移率为8.37cm2V-1s-1,电阻率为80.7Ω·cm。3.选择射频等离子体分子束外延技术在c面蓝宝石衬底上生长具备较优的电学性能与晶体质量的ZnO薄膜。采用O离子注入制备p型ZnO薄膜,可以通过注入的O离子替代氧空位的晶格位置抑制氧空位浓度。选择快速热退火以恢复高能量离子注入在ZnO薄膜形成的晶格损伤与缺陷。注入过程条件为O离子注入能量为100 keV,注入剂量为2.0X 1015cm-2,所制备的p型ZnO薄膜的电学性能参数为:空穴浓度为1.4×1014cm-3,迁移率为0.45cm2V-1s-1,电阻率为10.43Ω·cm。采用射频等离子体分子束外延技术在c面蓝宝石衬底上生长ZnO薄膜与高阻ZnO薄膜。并在氧气气氛下高温高压退火抑制ZnO薄膜与高阻ZnO薄膜中的氧空位浓度。4.在射频等离子体分子束外延设备并分别在a面与c面蓝宝石衬底上生长具备较优的电学性能与晶体质量的ZnO薄膜。利用N与O及P与O的离子注入制备p型ZnO薄膜,可以增加受主杂质的固溶度以及通过注入的O离子替代氧空位的晶格位置抑制氧空位浓度来增强p型ZnO薄膜的稳定性。原位退火可以恢复高能量离子注入在ZnO薄膜形成的晶格损伤与缺陷激活受主杂质。注入过程条件为N离子注入能量为120keV,注入剂量为2.0×1016cm-2,O离子注入能量为130keV,注入剂量为2.0×1016cm-2,所制备的N掺杂p型ZnO薄膜具备较优的p型性能,其具体p型电学性能参数为:空穴浓度为1.1×1019cm-3,迁移率为1.6cm2V-1s-1,电阻率为0.353 Ω-cm。注入过程条件为P离子注入能量为180 keV,注入剂量为1.7×1016cm-2,O离子注入能量为100keV,注入剂量为1.7×1016cm-2,所制备的P掺杂p型ZnO薄膜具备较优的p型性能,其具体p型电学性能参数为:空穴浓度为1.5×1018cm-3,迁移率为1.4 cm2V-1s-1,电阻率为0.672 Ω·cm。