【摘要】：作為一種新型Ⅱ-Ⅵ族直接帶隙化合物半導體材料,ZnO具有禁帶寬度大(3.37 eV)、激子束縛能高(60 meV)等優(yōu)點,非常適用于制備短波長光電器件。近年來研究者們對ZnO在p型摻雜和光電領域做了大量研究,目前已成功制備出p型ZnO薄膜并實現電致發(fā)光。但要實現ZnO光電應用,仍需解決p型穩(wěn)定性和提高發(fā)光效率等問題。ZnO缺陷工程,即ZnO中雜質缺陷調控和機理研究,有助于解決p型摻雜等科學問題,對器件物理研究和ZnO在各個領域的應用都有一定的物理指導意義和推進作用。在本文中,我們將以缺陷工程為背景,對ZnO中常見缺陷態(tài)如表面態(tài)、H、Cu、Na雜質缺陷進行研究,最后采用激光脈沖沉積(PLD)技術制備出p型ZnMgO摻Na薄膜并獲得Na受主能級。本論文主要研究內容包括：1.采用Al2O3包覆和H等離子體處理兩種方式對ZnO納米棒進行改性,發(fā)現Al2O3包覆僅僅抑制了缺陷峰強度,而H等離子體處理使帶邊發(fā)光峰增強了200倍以上。結果證明缺陷峰和表面態(tài)相關,而A1203包覆鈍化了表面態(tài),從而抑制了缺陷峰發(fā)光；H等離子體處理不僅鈍化表面態(tài),還鈍化了非輻射復合中心,減少了非輻射復合的競爭機制,導致了帶邊發(fā)光效率大大提升。該結果對提高ZnO發(fā)光效率和理解表面態(tài)行為有指導作用。2.采用高能H等離子體處理對ZnO納米棒進行H摻雜,發(fā)現超強紫光峰主導的低溫光致發(fā)光(PL)譜。結合時間分辨PL和變激發(fā)測試,發(fā)現這個紫光峰至少存在兩種發(fā)射機制。退火實驗驗證上述觀點,同時證實紫光峰和H相關。研究了不同H處理功率對紫光峰的影響,發(fā)現當功率低于30W,紫光峰并不會出現。我們認為,H等離子體達到一定能量后才會和ZnO中本征缺陷形成缺陷復合體,導致紫光峰出現,而在400℃退火后,由于H的逸出使得缺陷復合體分解,最終使得紫光峰消失。該結果對理解ZnO中H缺陷態(tài)的行為有物理指導意義。3.參考選擇性靜電吸附模型,采用水熱法結合后續(xù)熱退火制備出p型ZnO摻Cu薄膜�；魻枩y試和p-ZnO:Cu/ n-ZnO同質pn結的Ⅰ-Ⅴ整流特性,均驗證了p型的可靠性。變溫PL結果證實Cu+的存在,并計算出Cu_Zn受主能級為326 meV。我們認為,326 meV的受主能級使得大部分空穴不能電離,造成樣品的弱p型；而Cu熱擴散會誘生ZnO本征缺陷以及Cu復合體缺陷,會進一步影響樣品電學性能,使得p型調控的難度大大增加。4.采用PLD法制備出p型ZnMgO:Na薄膜。通過Mg合金化緩解Na摻雜引起的較大晶格失配,極大地改善樣品表面形貌。結合變溫Hall測試和變溫PL測試,分析Na受主缺陷態(tài)行為,并得到Na受主在ZnMgO：Na中的能級深度約為460 meV,這也是 ZnMgO:Na薄膜中受主能級的首次報道。
[Abstract]:As a new type of 鈪，

本文編號：2190490