【摘要】：ZnO由于其室溫禁帶寬度大、激子束縛能高等優(yōu)點,未來有望在半導(dǎo)體短波長發(fā)光領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)應(yīng)用。近年來,有關(guān)ZnO材料制備、摻雜、LED器件、LD器件、納米結(jié)構(gòu)方面的研究也有長足進(jìn)展。但是,材料最終能否應(yīng)用于實際,不僅僅需要對材料生長、器件制備工藝有深入理解,還需要相關(guān)半導(dǎo)體表征技術(shù)的發(fā)展。對于半導(dǎo)體材料來說,電學(xué)性能是極為關(guān)鍵的性能。隨著材料器件結(jié)構(gòu)、微觀結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化,傳統(tǒng)的電學(xué)性能測試(如霍爾效應(yīng)測試)方法逐漸受到挑戰(zhàn)。為此,研究適用性好、檢測快速、無損傷的電學(xué)性能表征方法具有重要意義。拉曼光譜是解決這一問題的方法之一�；跇O性半導(dǎo)體內(nèi)部等離子體激元-LO聲子耦合效應(yīng),拉曼光譜能夠快速、無損地給出半導(dǎo)體材料的載流子濃度信息。本文基于拉曼光譜技術(shù),研究了其在ZnO薄膜及ZnO基LED器件載流子濃度提取中的應(yīng)用。主要的研究工作和成果如下:1.拉曼光譜在ZnO薄膜樣品載流子濃度表征中的應(yīng)用。通過對可見光、紫外光激發(fā)下ZnO樣品的拉曼光譜分析,提出了利用共振拉曼散射研究ZnO薄膜載流子濃度的方法。實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn),在共振拉曼條件下,模型擬合對象1LO模的行為不僅受到耦合作用的影響,還與晶體內(nèi)缺陷濃度有關(guān)。為此,本文提出了利用二階拉曼峰2LO作為模型擬合對象來消除晶體內(nèi)缺陷對耦合模的影響。通過基于IIF散射機制和Lindhard-Mermin模型的擬合方法,本研究成功提取了 ZnO樣品的載流子濃度。擬合結(jié)果與霍爾測試結(jié)果在高載流子濃度范圍內(nèi)(n1019 cm-3)體現(xiàn)了較好的一致性。2.基于2LO的拉曼載流子濃度提取技術(shù)在ZnO基LED器件電流擴展層電學(xué)性能探測中的應(yīng)用。對p-GaN/(ZnO/ZnMgO)多量子阱/n-ZnO LED器件進(jìn)行拉曼散射研究,基于前文研究內(nèi)容成功提取n-ZnO電流擴展層的載流子濃度n = 1.21 × 1019cm-3。結(jié)合器件實際性能和模擬結(jié)果,與參考樣品進(jìn)行對比后,半定量地說明了拉曼提取所得電子濃度的可靠性,證實了拉曼光譜在多層結(jié)構(gòu)載流子濃度提取的可能性。
【圖文】：

６０ｍｅＶ。ＺｎＯ的晶體結(jié)構(gòu)與ＧａＮ相似，主要有立方閃鋅礦結(jié)構(gòu)、四方巖鹽結(jié)構(gòu)和六方纖逡逑鋅礦結(jié)構(gòu)。其中，常溫常壓下熱力學(xué)穩(wěn)定性為六方纖鋅礦相，這也是ＺｎＯ研究中最常見逡逑的一個晶相。圖１．１是纖鋅礦ＺｎＯ的晶體結(jié)構(gòu)及對應(yīng)晶面的表示方法。如圖所示，Ｚｎ原逡逑子和０原子各自按照六方最密堆積方式排列。由于Ｚｎ、０原子的電負(fù)性存在差異，導(dǎo)致逡逑ＺｎＯ沿ｃ軸方向產(chǎn)生極性，使其在ｃ軸方向上存在自發(fā)極化和壓電極化效應(yīng)。極化效應(yīng)會逡逑影響ＺｎＯ的晶體生長過程及器件實際性能。逡逑［０００１］逡逑（ａ）邐Ａ逡逑【１１－２０］逡逑／ｋ＼邋＊000�。具姡迹欤欤玻埃具姡迹�0－ｉ0＞逡逑（）ｔ，，邐ｔ邐＼邐—逡逑Ｓ邐ｚ邋ｖ邋／邋Ｖ邋．邋．．邋■邐／逡逑圖１．１纖鋅礦相ＺｎＯ的（ａ）晶體結(jié)構(gòu)（ｂ）相應(yīng)晶面示意圖［１１。逡逑Ｆｉｇ邋１．１邋Ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｗｕｒｔｚｉｔｅ邋ｃｒｙｓｔａｌ邋ｓｔｒｕｃｔｒｕｅ邋ｏｆ邋ＺｎＯ邋ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ邋ｋｅｙ邋ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ邋ａｎｄ邋ｐｒｅｆｅｒｒｅｄ邋ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎｓｔｌ］．逡逑１．２．２邐ＺｎＯ邋基邋ＬＥＤ邋器件逡逑ＺｎＯ由于其特殊的光電性能，在ＬＥＤ器件應(yīng)用中有廣闊前景。ＬＥＤ器件的基本工作逡逑原理是，在外加偏壓下，ｐ－ｉｉ結(jié)兩端的載流子分別向另一側(cè)注入并復(fù)合發(fā)光。常見的ＬＥＤ逡逑器件根據(jù)材料的選擇可以分為同質(zhì)結(jié)和異質(zhì)結(jié)ＬＥＤ。此外，在傳統(tǒng)ｐ－ｎ結(jié)基礎(chǔ)上，通過引逡逑入高效的載流子復(fù)合區(qū)域，將載流子限制在有源層中復(fù)合發(fā)光，可以有效提升ＬＥＤ器件逡逑的發(fā)光性能。逡逑２逡逑

０邋０．２邋０．４邋０．４邋０．２邋０邋０．２邋０．４０邋０．２邋０．４邋０．４邋０．２邋０邐０邋０．２邋０．４邋０．２邋０逡逑｜？ａ（）｜邐｜0００｜邐｜（Ｋ）ａ｜邋｜ａ０邋０．５１邐（０．５邋０ａｊ邋｜ｌ／３邋ｌ／３ａ｜｜ａａ０．５１逡逑圖２．１纖鋅礦相ＺｎＯ的聲子譜【６２］逡逑Ｆｉｇ邋２．１邋Ｐｈｏｎｏｎ邋ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ邋ａｌｏｎｇ邋ｈｉｇｈ邋ｓｙｍｍｅｔｒｙ邋ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ邋ｉｎ邋ｔｈｅ邋ｗｕｒｔｚｉｔｅ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ＺｎＯ［６２）．逡逑里淵散射和拉曼散射。其中，布里淵散射過程散射光的頻移約ｌｏｉｒ１或者更小，一般與低逡逑頻率的聲學(xué)聲子相關(guān)。拉曼散射過程散射光的頻移通常大于１０ｃｍ－１，一般與晶體中光學(xué)逡逑支晶格振動（光學(xué)聲子）、電荷密度起伏（等離子體激元）、自旋密度起伏（磁自旋波激逡逑元）、電子躍遷以及它們之間的相互耦合有關(guān)［６３］。逡逑一般將單個聲子參與散射過程的拉曼散射稱為一階（ｆｉｒｓｔ－ｏｒｄｅｒ）拉曼散射，而將兩個逡逑或者多個聲子參與散射過程的拉曼散射稱為二階（ｓｅｃｏｎｄ－ｏｒｄｅｒ）或多階拉曼散射，一般在逡逑非共振拉曼散射中，一階拉曼散射的頻率在１０００ｃｍ－１以內(nèi)，而多階散射強度比一階弱很逡逑多，很難被觀察到。逡逑２．２．２拉曼位移逡逑Ｓｃａｌｉｅｒ邋丨邋ｎｇ邐Ｒａｙｌｅｉｇｈ邋丨ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ逡逑ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ邐Ａ逡逑ｒ邐！邐＾逡逑Ｊｊ＾ｆ邐Ｓｔｏｋｅｓ邐Ａ逡逑ｊ邋ｌ邋Ｒａｍａｎ邋ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ邋１１逡逑ｉ邋＼邋Ａ邐１１逡逑＼邐／邋＼邐ｊ邋１逡逑ＶＡ／邋＼邐／邋＼邐逡逑ＬＪ邐
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：O657.37;TN304

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本文編號：2616944