氮掺杂ZnO薄膜的缺陷调控与光电特性研究

发布时间：2024-03-24 19:54

　　氧化锌(ZnO)作为一种新型的直接宽带隙半导体材料,室温下其禁带宽度约为3.37 eV,且具有较大的激子束缚能(60 meV)和极其优异的光电性能,是制备高效紫外发光二极管、低阈值紫外激光器、紫外探测器的优选材料,也是继GaN之后光电材料领域的又一前沿研究热点,受到国内外研究者的广泛关注。然而,与GaN的早期研究类似,ZnO也遭受非对称性掺杂难题,n型材料容易制备;而稳定可靠的p型掺杂却始终难以实现,这已成为制约ZnO材料进一步发展及推进器件化进程的瓶颈性问题,也直接导致ZnO的p型掺杂研究进入了低谷期。但要弄清ZnO的p型导电的起源和关键影响因素,必须从更为基本的缺陷入手,因此,本论文以ZnO材料中缺陷为研究对象,重点探讨缺陷对光电特性的影响,期望获得缺陷的调控方法,以为未来解决p型掺杂难题提供可能的途径和思路。本论文围绕ZnO的p型掺杂难题,以缺陷调控研究作为重点,首先研究了ZnO单晶在不同退火温度下的氧空位缺陷与光电磁特性,然后,利用射频磁控溅射、离子注入及后期热处理等方法,分别制备了N、In-N两类N基掺杂和In-Mg共掺ZnO薄膜,结合XRD、Raman、XPS、PL、SIM...

【文章页数】：119 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图1.1ZnO的三种晶体结构：(a)立方岩盐矿；(b)立方闪锌矿；(c)六角纤锌矿[1]

鲜丁５??赯nO材料具备独特而优异的性质以及非常广阔的应用前景，不少国内外研究者仍对ZnO材料充满了希望与期待。1.2ZnO材料的基本物理性质1.2.1ZnO的晶体结构ZnO是一种新型的II-IV族化合物半导体材料，具有三种晶体结构，分别为立方岩盐矿、立方闪锌矿和六方纤锌矿结构，....

图1.2纤锌矿结构ZnO的能带结构[5,6]

1绪论3于Zn原子的电负性(1.65)与O的电负性(3.44)之间存在较大的差异，使O原子成为了负电中心，Zn原子为正电中心，因而Zn-O键具有一定的离子键成分，也导致Zn原子和O原子之间存在非常强的极性。另外，Zn(O)原子并未处于O(Zn)四面体中心，致使ZnO沿c轴(000....

图1.3(a)室温带边发光光谱随激发强度的演化情况[2];(b)不同泵浦强度下ZnO薄膜的激光激射行为[9]

重庆大学博士学位论文6图1.3(a)室温带边发光光谱随激发强度的演化情况[2];(b)不同泵浦强度下ZnO薄膜的激光激射行为[9]。Fig.1.3(a)Theevolutionofroom-temperatureedgeluminescencespectraastheexcita....

图1.4ZnO本征缺陷的形成能随费米能级的变化情况[11]

匾?模?蛭??峭?常直接或间接地影响或控制掺杂效率、电学性能、载流子寿命和发光效率等性能。ZnO材料富含各类本征点缺陷，其中，施主型缺陷有：氧空位(VO)、锌间隙(Zni)和反位锌(ZnO)；受主型缺陷有：锌空位(VZn)、氧间隙(Oi)和反位氧(OZn)。通常情况下，这些缺陷对....

本文编号：3937928