發(fā)布時間：2018-09-04 11:10

【摘要】：ZnO作為一種擁有優(yōu)異性能的Ⅱ-Ⅵ族寬帶隙半導體材料,室溫下禁帶寬度為3.37eV,激子束縛能高達60meV,是制備半導體紫外光電器件的理想材料,而且在很多方面都有著誘人的應用前景。然而由于可靠的、可重復的p型ZnO的缺失,使得ZnO基同質(zhì)結(jié)光電應用之路還在艱難的進行之中。從理論分析來看,Cu摻雜的ZnO很有希望具有p型導電性,但是用MOCVD系統(tǒng)外延沉積的ZnO:Cu樣品表現(xiàn)出高電阻率的電學特性。這樣的樣品中背景載流子濃度很低,對于研究H雜質(zhì)對ZnO性質(zhì)的影響非常有利。本文圍繞著高質(zhì)量銅的輕摻雜ZnO薄膜的制備,用高壓氫氣處理ZnO:Cu樣品并探究H在其中的作用。以ZnO:Cu作為有源層,制備了n-ZnO/i-ZnO:Cu/p-GaN異質(zhì)結(jié)構(gòu),并研究了相關(guān)光電特性。首先,用MOCVD方法在不同生長條件下生長了一系列不同Cu摻雜量的ZnO薄膜,并借助各種測試手段做了薄膜材料物性表征。低溫光致發(fā)光的測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)Cu進入ZnO薄膜之后,引入很多的發(fā)光能級,不僅僅是單一的受主能級,同時還在禁帶中引入摻雜雜質(zhì)束縛局域化的能級以及因為自補償效應所產(chǎn)生的施主能級。在低溫光致發(fā)光譜圖中,施主受主對(DAP)對應的發(fā)光峰的出現(xiàn),證實摻雜進入ZnO中的銅離子為淺受主能級,并推斷銅在ZnO中的狀態(tài)為Cu1+離子。通過雙電子衛(wèi)星峰(TES)的能量位置,可以得到束縛激子局域化能量,然后計算出相應的束縛激子束縛能分別是58meV,55meV, 57meVo其次,使用高壓氫氣處理ZnO:Cu系列樣品,從而使得樣品中H作用被放大,研究了相關(guān)的特性。由于ZnO:Cu是高阻率,這樣就實現(xiàn)了利用Cu來降低背景載流子濃度進而減少背景載流子的干擾。Hall效應結(jié)果發(fā)現(xiàn),氫處理之后的樣品從高阻狀態(tài)轉(zhuǎn)變成n型導電性。紅外透射譜和低溫PL譜測試結(jié)果表明,進入樣品中的H與類受主缺陷發(fā)生鈍化作用,使得整個樣品的n型導電性增強。退火實驗數(shù)據(jù)說明氫處理后ZnO:Cu樣品中H相關(guān)的施主的熱穩(wěn)定性很高,殘余氫的存在導致樣品退火后未能恢復高阻狀態(tài)。最后,通過GaN材料系和ZnO材料系兩種MOCVD生長系統(tǒng),在藍寶石襯底上制備n-ZnO/p-GaN和n-ZnO/i-ZnO:Cu/p-GaN異質(zhì)結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管。相比于n-ZnO/p-GaN器件的主要發(fā)光區(qū)來源于p-GaN,在ZnO:Cu薄膜作為有源層的pin結(jié)構(gòu)只有一個位于385nm處的電致發(fā)光峰,被認為是兩側(cè)的載流子在外電場作用下,注入到高電阻率和較高光學質(zhì)量的ZnO:Cu有源層中復合發(fā)光,據(jù)此我們認為ZnO:Cu薄膜層可以作為一種ZnO與GaN異質(zhì)發(fā)光器件的有源層。
[Abstract]:As a kind of 鈪，

本文編號：2221905