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氧化锌(Zinc oxide，简称ZnO)室温禁带宽度为3.37eV，激子束缚能为60meV。以其优越的性能广泛应用于太阳能电池、通信材料和光催化材料中。根据该领域已有的研究现状可知，目前的研究重点在实现ZnO的p型导电、ZnO基p-n结和寻求最佳衬底等方面。现阶段的p型掺杂主要是通过共掺杂的方式来实现，其基本原理是通过金属元素掺杂来提高非金属元素掺杂固溶度的方式来实现ZnO的p型掺杂。对p型ZnO掺杂的研究主要集中在电学性能方面，对于光学性能的研究相对较少。此外在制备ZnO薄膜的诸多方法中超声喷雾热解法以其简单的操作流程和可调工艺参数多的优点成为近年来倍受关注的一种薄膜制备方法。
本文研究的重点是用超声喷雾热解法以乙酸锌为前驱体溶液来制备ZnO薄膜，并以乙酸铵和硝酸铝为N源和Al源分别制备了N掺杂及N-Al共掺杂ZnO薄膜。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射谱(XRD)、光致发光谱(PL谱)、紫外可见分光光度计(UV光谱)和霍尔效应测试仪分别对制备的薄膜进行了样品形貌、晶格结构、结晶质量、带隙宽度和导电类型等光学和电学性能的研究。实验结果表明在乙酸锌的浓度为0.3mol/L，乙酸铵的浓度为0.9mol/L，掺杂比为Zn：N=1:3，衬底温度为500℃，喷嘴到衬底的距离为5cm，氧气通量为1.6L/min时得到的N掺杂ZnO为六角纤锌矿结构，结晶质量和光透过率较高，UV光谱和PL谱的测试结果显示在该条件制备的N掺杂ZnO有较好的光学性质，光学带隙较未掺杂的相比有一定的展宽，但SEM结果显示N掺杂后的薄膜表面粗糙程度有所下降。在这个基础上我们又用浓度为0.05mol/L的硝酸铝为铝源制备了N-Al共掺杂ZnO薄膜。测试结果表明在掺杂比为Zn：N：Al=1:3:0.12，衬底温度为500℃的条件下得到的薄膜结晶质量较好，光学带隙展宽的最多，PL谱也发生了相应的蓝移，透过率低于未掺Al的ZnO薄膜，薄膜表面粗糙程度继续下降，霍尔效应测试结果表明该掺杂比的薄膜为n型导电，掺杂比为Zn：N：Al=1:3:0.04的样品光学带隙最窄，但是却成p型导电，说明我们这一实验系统在实现同时改善光学和电学性能的薄膜制备上还有很大的改进空间。