化学气相沉积法制备掺N的ZnO薄膜及性能研究

论文摘要

ZnO是一种宽带隙半导体材料（3．37eV），激子束缚能高（60meV），远高于其它宽禁带半导体材料，在短波长光电器件领域有着极大的应用潜力，如紫外发光二极管（LEDs）和激光器（LDs）等。要实现在光电领域的广泛应用，首先必须获得n型和p型ZnO材料。本征的ZnO呈n型导电特性，可以通过掺杂实现各方面性能都较好的n型ZnO薄膜，但是ZnO薄膜的p型掺杂困难。本论文采用CVD法，以Zn4（OH）2（O2CCH3）6·2H2O为固相源，分别采用NH3为掺杂气体和ZnNO3为掺杂源对ZnO薄膜的p型掺杂进行了有益的探索，具体内容如下：1．采用NH3作为掺杂气体制备掺N的ZnO薄膜，研究了源加热温度和NH3流量对薄膜的影响，采用XRD、Hall测试仪、PL谱等对薄膜的结构、电学和光学性质进行了表征。结果表明：源温会影响薄膜的生长，源加热温度200℃下薄膜的结晶质量较好，室温PL谱近带边紫外发射峰与深能级发射强度比，比值较大；NH3流量的变化对ZnO薄膜的取向没有明显影响，不同流量下的薄膜均呈n型导电特性且电阻较高；对薄膜化学成分分析表明，掺入ZnO薄膜的N较少，不足以补偿薄膜的n型导电。2．采用ZnNO3作为掺杂源制备掺N的ZnO薄膜，研究了衬底温度对薄膜的影响，采用XRD、Hall测试仪、PL谱等对薄膜的结构、电学和光学性质进行了表征。结果表明：在衬底温度低于500℃时，薄膜为（002）择优取向，在500℃时出现了混合取向，而高于500℃又出现了（002）的择优取向；在衬底温度低于600℃时，薄膜呈现p型导电特性，当衬底温度600℃时，掺N的ZnO薄膜从p型导电特性转变为n型导电特性。研究发现适当的热处理温度可以改善薄膜的结晶质量，但退火温度过高，薄膜结晶质量下降；退火温度会影响薄膜室温PL谱近带边紫外发射和与缺陷相关的深能级发射的强度。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 ZnO薄膜的基本特性和制备方法
• 1.2.1 ZnO薄膜的基本特性
• 1.2.2 ZnO薄膜的应用
• 1.2.3 ZnO薄膜的常用的制备方法
• 1.3 ZnO薄膜的掺杂
• 1.3.1 ZnO薄膜的n型掺杂
• 1.3.2 ZnO薄膜的p型掺杂及研究进展
• 1.4 本论文研究的目的和意义
• 第二章 化学气相沉积ZnO:N薄膜的原理及实验步骤
• 2.1 化学气相沉积（CVD）原理与技术
• 2.2 化学气相沉积实验装置
• 2.3 化学气相沉积所用固相源
• 2.4 衬底的预处理
• 2.5 制备ZnO:N薄膜的实验过程
• 3为掺杂气体制备掺N的ZnO薄膜'>第三章 以NH₃为掺杂气体制备掺N的ZnO薄膜
• 3.1 源加热温度对薄膜性能的影响
• 3.1.1 不同源加热温度下薄膜结构特性
• 3.1.2 不同源加热温度下薄膜光学特性
• 3流量对薄膜性能的影响'>3.2 NH₃流量对薄膜性能的影响
• 3流量下薄膜结构特性'>3.2.1 不同NH₃流量下薄膜结构特性
• 3流量下薄膜表面形貌'>3.2.2 不同NH₃流量下薄膜表面形貌
• 3流量下薄膜电学特性'>3.2.3 不同NH₃流量下薄膜电学特性
• 3流量下薄膜光学特性'>3.2.4 不同NH₃流量下薄膜光学特性
• 3.3 掺N的ZnO薄膜结果讨论
• 3.3.1 X射线光电子能谱（XPS）
• 3.3.2 掺杂ZnO薄膜的结果分析
• 3.4 本章小节
• 3为掺杂源制备掺N的ZnO薄膜'>第四章 以ZnNO₃为掺杂源制备掺N的ZnO薄膜
• 4.1 衬底温度对薄膜的影响
• 4.1.1 不同衬底温度下薄膜结构特性和表面形貌
• 4.1.2 不同衬底温度下薄膜电学特性
• 4.1.3 不同基片温度下薄膜光学特性
• 4.2 退火温度对薄膜的影响
• 4.2.1 不同退火温度下薄膜结构特性
• 4.2.2 不同退火温度下薄膜光学特性
• 4.3 本章小节
• 第五章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 作者攻硕期间取得的成果