ZnO由于其室溫下激子穩(wěn)定存在,因此是一種具備高效發(fā)光性能的寬禁帶半導(dǎo)體材料.然而,由于ZnO材料本征缺陷種類繁多、性質(zhì)復(fù)雜,且缺乏合適的p型摻雜劑,其出色的光電性能一直未得到應(yīng)用.近年來,越來越多的研究工作指出, ZnO的材料性質(zhì)極大程度依賴于其中雜質(zhì)缺陷的組成,因此對(duì)ZnO中缺陷的種類識(shí)別和調(diào)控手段的研究成為ZnO材料走向應(yīng)用前待解決的重要問題.本文結(jié)合近年來的研究進(jìn)展,介紹了ZnO中各類本征缺陷的性質(zhì)和調(diào)控手段,指出了N摻雜ZnO體系中受主的主要來源,獲得了抑制補(bǔ)償施主和誘導(dǎo)淺受主的一系列有效方法.在此基礎(chǔ)上,提出了等價(jià)元素-受主共摻技術(shù),實(shí)現(xiàn)了ZnO納米材料的p型摻雜及同質(zhì)結(jié)LED,并進(jìn)一步拓展了ZnO納米材料應(yīng)用于存儲(chǔ)器和寬頻光探測器. 

【文章來源】：科學(xué)通報(bào). 2020,65(25)北大核心

【文章頁數(shù)】：13 頁

【部分圖文】：

(網(wǎng)絡(luò)版彩色)N2O流量分別為1和4 sccm(standard cubic centi-meter per minute,mL/min)生長的ZnO微納米柱樣品的EPR譜.插圖為ZnO微納米柱及EPR測試條件示意圖

Zn位的N復(fù)合體的形成可能有如下幾點(diǎn)原因:(1)由于采用N2O作為氮源,N2之間具有天然的鍵合,易于以整體形式摻入薄膜.(2)根據(jù)文獻(xiàn)[26]中關(guān)于(N2)Zn形成的解釋,首先需要NO遷移至Zn位形成NZn,NZn再進(jìn)一步捕捉游離的N而形成(N2)Zn.本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的富氧條件使得NZn的形成比NO更容易,因此可以跳過NO遷移至Zn位形成NZn的過程,從而增加形成(N2)Zn的可能.(3)鋅位氮復(fù)合體與周圍的氧存在弱鍵合,該鍵合的存在可以進(jìn)一步減小鋅位氮和鋅空位之間的排斥作用,從而促進(jìn)氮復(fù)合體進(jìn)入鋅空位形成替位雜質(zhì).圖4中還可以看到N2O流量對(duì)空穴濃度的調(diào)制,這種調(diào)控的實(shí)質(zhì)是對(duì)生長過程中有效VI/II比的調(diào)控,隨著N2O流量的增加,生長氣氛中活性O(shè)原子數(shù)量增加使得VI/II比增加.進(jìn)一步增加N2O含量,使最終N2O氣氛決定了生長環(huán)境中的VI/II比.因此,在增加N2O流量的過程中,VI/II比呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì).樣品C在最高的VI/II比氣氛中制備得到,因此鋅位氮的含量最高,而NO的含量最低,如圖S9中XPS結(jié)果所示.在樣品的低溫PL譜中,同樣觀察到淺受主束縛激子相關(guān)的發(fā)光峰,證明了樣品中淺受主的存在.

圖6(a)首先給出了富氧條件下,原位生長和熱處理后的Te-N共摻ZnO薄膜的Raman光譜和XRD譜.在退火前,Raman光譜在160 cm–1附近有一個(gè)很強(qiáng)的振動(dòng)模式對(duì)應(yīng)于Te–O鍵的振動(dòng).考慮到XRD并沒有檢測到碲化物的分相,因此Te–O鍵的存在表明薄膜中Te占據(jù)了Zn位.退火后,該振動(dòng)模式消失,意味著Te的逸出.更有意思的是,圖6(b)對(duì)比了富氧條件下Te-N共摻和N單摻薄膜的N 1s XPS能譜.第1節(jié)已經(jīng)多次展示了富氧條件下生長N摻ZnO的N傾向于占據(jù)Zn位,在圖6(b)中對(duì)應(yīng)于400 eV結(jié)合能以上的峰位.而對(duì)于富氧條件下加入Te的共摻元素,N則傾向于占據(jù)O位,這來自Te和Zn之間的電負(fù)性互補(bǔ)匹配,使得TeZn缺陷的形成能很小.在這種條件下,TeZn-NO復(fù)合體的形成是可以預(yù)期的.缺氧和富氧條件下的Te的XPS譜線的顯著區(qū)別(圖6(c))也再次證明了兩種生長條件下,Te占據(jù)著完全不同的晶格位置.Te在退火后基本逸出薄膜,那么是否留下了鋅空位?圖S13的低溫PL譜顯示了退火后受主由深轉(zhuǎn)淺的轉(zhuǎn)變過程.圖中A2X和A1X分別代表激子束縛于原位生長樣品和退火后樣品的受主上.插圖也顯示了綠帶發(fā)光強(qiáng)度的顯著提升,預(yù)示著在退火后薄膜中的確產(chǎn)生了大量的鋅空位.


本文編號(hào)：3072522