【摘要】：作為一種新型Ⅱ-Ⅵ族直接帶隙化合物半導(dǎo)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(diǎn),非常適用于制備短波長(zhǎng)光電器件。近年來(lái)研究者們對(duì)ZnO在p型摻雜和光電領(lǐng)域做了大量研究,目前已成功制備出p型ZnO薄膜并實(shí)現(xiàn)電致發(fā)光。但要實(shí)現(xiàn)ZnO光電應(yīng)用,仍需解決p型穩(wěn)定性和提高發(fā)光效率等問(wèn)題。ZnO缺陷工程,即ZnO中雜質(zhì)缺陷調(diào)控和機(jī)理研究,有助于解決p型摻雜等科學(xué)問(wèn)題,對(duì)器件物理研究和ZnO在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用都有一定的物理指導(dǎo)意義和推進(jìn)作用。在本文中,我們將以缺陷工程為背景,對(duì)ZnO中常見(jiàn)缺陷態(tài)如表面態(tài)、H、Cu、Na雜質(zhì)缺陷進(jìn)行研究,最后采用激光脈沖沉積(PLD)技術(shù)制備出p型ZnMgO摻Na薄膜并獲得Na受主能級(jí)。本論文主要研究?jī)?nèi)容包括：1.采用Al2O3包覆和H等離子體處理兩種方式對(duì)ZnO納米棒進(jìn)行改性,發(fā)現(xiàn)Al2O3包覆僅僅抑制了缺陷峰強(qiáng)度,而H等離子體處理使帶邊發(fā)光峰增強(qiáng)了200倍以上。結(jié)果證明缺陷峰和表面態(tài)相關(guān),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(fù)合中心,減少了非輻射復(fù)合的競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制,導(dǎo)致了帶邊發(fā)光效率大大提升。該結(jié)果對(duì)提高ZnO發(fā)光效率和理解表面態(tài)行為有指導(dǎo)作用。2.采用高能H等離子體處理對(duì)ZnO納米棒進(jìn)行H摻雜,發(fā)現(xiàn)超強(qiáng)紫光峰主導(dǎo)的低溫光致發(fā)光(PL)譜。結(jié)合時(shí)間分辨PL和變激發(fā)測(cè)試,發(fā)現(xiàn)這個(gè)紫光峰至少存在兩種發(fā)射機(jī)制。退火實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證上述觀點(diǎn),同時(shí)證實(shí)紫光峰和H相關(guān)。研究了不同H處理功率對(duì)紫光峰的影響,發(fā)現(xiàn)當(dāng)功率低于30W,紫光峰并不會(huì)出現(xiàn)。我們認(rèn)為,H等離子體達(dá)到一定能量后才會(huì)和ZnO中本征缺陷形成缺陷復(fù)合體,導(dǎo)致紫光峰出現(xiàn),而在400℃退火后,由于H的逸出使得缺陷復(fù)合體分解,最終使得紫光峰消失。該結(jié)果對(duì)理解ZnO中H缺陷態(tài)的行為有物理指導(dǎo)意義。3.參考選擇性靜電吸附模型,采用水熱法結(jié)合后續(xù)熱退火制備出p型ZnO摻Cu薄膜。霍爾測(cè)試和p-ZnO:Cu/ n-ZnO同質(zhì)pn結(jié)的Ⅰ-Ⅴ整流特性,均驗(yàn)證了p型的可靠性。變溫PL結(jié)果證實(shí)Cu+的存在,并計(jì)算出Cu_Zn受主能級(jí)為326 meV。我們認(rèn)為,326 meV的受主能級(jí)使得大部分空穴不能電離,造成樣品的弱p型；而Cu熱擴(kuò)散會(huì)誘生ZnO本征缺陷以及Cu復(fù)合體缺陷,會(huì)進(jìn)一步影響樣品電學(xué)性能,使得p型調(diào)控的難度大大增加。4.采用PLD法制備出p型ZnMgO:Na薄膜。通過(guò)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(jié)合變溫Hall測(cè)試和變溫PL測(cè)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(jí)深度約為460 meV,這也是 ZnMgO:Na薄膜中受主能級(jí)的首次報(bào)道。
[Abstract]:As a new type of 鈪，

本文編號(hào)：2190490