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ZnO是一种直接带隙的半导体材料,室温下能隙宽度为3.37 eV,激子束缚能高达60 meV。自从日本和香港的科学家在1997年首次实现了室温光泵浦条件下ZnO薄膜的紫外受激发射以来,ZnO材料研究成为国际光电子领域前沿课题中的研究热点。本文主要围绕ZnO研究领域的热点问题,利用等离子体辅助的分子束外延设备(P-MBE),进行了p型ZnO,p型MgZnO掺杂并在此基础上进行了ZnO同质结的制备及光电性质研究。
具体研究内容如下:
(1)利用P-MBE设备,通过射频等离子体源激活N2/O2混合气体使其成为活化的掺杂N源和生长O源,获得了N掺杂的p型ZnO薄膜。通过等离子体发射光谱等手段,优化生长参数,能够获得有效地N掺杂,抑制(N2)o等施主型缺陷的产生,同时减少本征缺陷,获得载流子浓度达到1×1018cm-3 N掺杂p型ZnO薄膜,对p型ZnO薄膜的光学、电学性质进行了研究。
(2)在p型ZnO工作的基础上,制备了ZnO p-n结型二极管器件,并在350K观测到了来自于p型ZnO:N的蓝紫色电致发光,将其归因与施主受主对发光。
(3)利用P-MBE,制备了系列MgZnO薄膜。阐明了Mg对MgZnO中N掺杂浓度,受主及施主离化能的影响规律。通过利用射频等离子体活化NO作为掺杂源和生长O源,制备出p型MgZnO薄膜和p-MgZnO/n-ZnO异质结,观察到结的整流特性。