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MOCVD制备Cu掺杂ZnO薄膜及其同质结器件的性质研究

作 者: 许露
导 师: 杜国同
学 校: 大连理工大学
专 业: 微电子学与固体电子学
关键词: Cu掺杂ZnO MOCVD 光致发光
分类号: TN304.055
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
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内容摘要


ZnO是一种新型的纤锌矿结构Ⅱ-Ⅵ族直接宽禁带半导体材料,室温下的禁带宽度为3.37eV,激子束缚能高达60meV,所以,ZnO在短波长光电器件领域有着极大的应用潜力,如紫蓝光发光二极管(LEDs)和激光器(LDs)等。要实现ZnO薄膜光电领域的广泛应用,首先必须获得性能良好的n型和p型ZnO材料。然而,p-ZnO薄膜的制备存在较多难点,如本征ZnO中固有缺陷对受主掺杂的补偿效应,制约ZnO在光电领域的实际应用。ZnO薄膜的制备方法很多,其中MOCVD方法具有其它方法所不可比拟的工业化生产优势。采用IB族元素,如Cu, Ag和Au作为受主掺杂剂,也是实现ZnO材料p型掺杂一次意义重大的尝试。本论文正是基于这样的背景,围绕着ZnO的p型掺杂与发光等问题,采用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)法,制备Cu掺杂ZnO薄膜及其同质结器件。主要分为以下两部分研究内容:一、采用MOCVD法,在c-Al2O3衬底上制备未掺杂和Cu掺杂ZnO薄膜。X射线衍射(XRD)测试表明薄膜呈现出较好的c轴择优取向生长。XPS测试表明样品中Cu元素含量很低,而且不随Cu(tmhd)2源瓶温度的升高而升高,表明Cu在ZnO中的固溶度很低。利用光致发光(PL)测试对比分析了未掺杂和Cu掺杂ZnO薄膜的室温和低温PL谱,Cu的掺入使ZnO低温PL谱中出现一个强度强、范围广的蓝紫光发射峰(Blue-violet发射峰,BV发射峰),范围在2.8至3.3 eV之间,又进一步通过变温PL测试分析,认为BV发射峰来自于与Cu相关的受主和未知浅施主之间施主-受主对(DAP)发射,并计算了Cu受主离化能。二、采用MOCVD法在n型6H-SiC衬底上制备Cu掺杂ZnO同质结器件。非故意掺杂ZnO为n型层,分别制备了ZnO:Cu/n-ZnO/n-Si、ZnO:Cu/n-SiC和n-ZnO/n-SiC三种结构。Ⅰ-Ⅴ测试结果表明这三种结构都具有整流特性,n-ZnO/n-SiC之间存在带阶。光致发光谱(PL)测试中发现n-ZnO/n-SiC和ZnO:Cu/n-ZnO/n-SiC结构中都出现典型的ZnO近带边发射和深能级发射,ZnO:Cu/n-ZnO/n-SiC结构中的近带边发射强度相对较弱。电致发光谱(EL)测试中发现ZZnO:Cu/n-ZnO/n-SiC结构中出现新的发射峰(位于2.36eV),可能与ZnO中缺陷能级复合发光有关。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
引言  9-11
1 ZnO的概述  11-24
  1.1 ZnO的基本性质  11-12
    1.1.1 ZnO的基本结构  11-12
    1.1.2 ZnO的电学性质  12
    1.1.3 ZnO的光学性质  12
  1.2 ZnO薄膜光电领域的应用  12-13
    1.2.1 ZnO透明电极  12-13
    1.2.2 发光器件  13
  1.3 ZnO薄膜的p型掺杂的研究进展  13-24
    1.3.1 IA族元素掺杂  13
    1.3.2 V族元素掺杂  13-14
    1.3.3 IB族元素掺杂  14
    1.3.4 Cu掺杂ZnO的研究进展  14-24
2 ZnO薄膜的制备技术  24-29
  2.1 磁控溅射(Magnetron Sputtering)  24
  2.2 喷雾热分解(Spray Pyrolysis)  24
  2.3 分子束外延(Molecular Bean Epitaxy)  24-25
  2.4 脉冲激光沉积(Pulsed Laser Deposition)  25
  2.5 金属有机物化学气相沉积(Metal-organic chemical Vapor Deposition)  25-29
3 C-Al_2O_3衬底上制备Cu掺杂ZnO薄膜  29-42
  3.1 C-Al_2O_3衬底上制备本征ZnO薄膜  29-33
    3.1.1 锌源流量对c-Al_2O_3衬底上的ZnO薄膜性质的影响  29-30
    3.1.2 生长温度对c-Al_2O_3衬底上的ZnO薄膜性质的影响  30-31
    3.1.3 氧气流量对c-Al_2O_3衬底上的ZnO薄膜性质的影响  31-33
  3.2 C-Al_2O_3衬底上制备Cu掺杂ZnO薄膜  33-42
    3.2.1 XRD分析  33-34
    3.2.2 XPS分析  34-36
    3.2.3 PL谱分析  36-42
4 6H-SiC衬底上制备Cu掺杂ZnO同质结器件  42-48
  4.1 6H-SiC衬底上Cu掺杂ZnO同质结器件的制备  42-43
  4.2 ZnO同质结发光器件的性能  43-48
    4.2.1 Ⅰ-Ⅴ特性分析  43-45
    4.2.2 EL谱分析  45-46
    4.2.3 PL谱分析  46-48
结论  48-49
参考文献  49-53
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  53-54
致谢  54-55

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 半导体技术 > 一般性问题 > 材料 > 一般性问题 > 制取方法与设备 > 半导体薄膜技术
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