论文部分内容阅读
氧化锌(ZnO)是一种Ⅱ-Ⅵ族直接宽带隙半导体材料，其禁带宽度(Eg)是3.37eV，室温下激子束缚能较高，为60meV，这使得ZnO在紫外半导体光电器件上具有广阔的应用前景，其中包括紫外发光二极管、激光二极管、薄膜晶体管、紫外探测器、气体传感器等。众所周知，本征的ZnO半导体材料呈n型导电性质，要想实现ZnO在发光器件领域的实际应用，就要制备稳定性高、可重复的p型ZnO材料。本文主要针对目前国内外p型ZnO材料研究的热点和难点问题，采用简单的化学气相沉积(CVD)方法在n-GaN/Al2O3衬底上制备不同Sb掺杂量的p型ZnO薄膜，并且在此基础上制备p-ZnO/n-GaN异质结发光二极管(LED)并对其光电特性进行了表征。研究内容如下: (1)利用CVD方法在n-GaN/Al2O3上制备出不同锑(Sb)掺杂量的ZnO薄膜，并且研究了不同Sb含量对ZnO薄膜的表面形貌、晶体结构、光学和电学性质的影响。研究发现随着Sb含量的增加，Sb掺杂ZnO薄膜的表面变得粗糙，晶粒的尺寸逐渐减小，此外，晶体质量开始变差并且发现(002)衍射峰随着Sb含量的增加逐渐向小角度方向移动，而且样品的光学带隙也明显的变窄。此外，Hall测量结果证实Sb掺杂ZnO呈p型导电性质，当Sb2O3/Zn的质量比为1∶4时，Sb掺杂p型ZnO薄膜的电学参数为最佳值，这说明较高质量的ZnO薄膜也可以通过简单的CVD方法来实现。 (2)采用CVD方法，成功的制备出Sb掺杂p-ZnO/n-GaN异质结发光器件，并对该器件进行了光学和电学特性的研究。通过电流-电压(I-V)特性曲线证实p-ZnO/n-GaN异质结器件显示出良好的整流特性，其正向开启电压为3.7V，反向击穿电压为8.5V，证实了Sb元素作为受主掺杂进入ZnO晶格中，使ZnO薄膜呈p型导电性质。同时，当器件在室温下注入30mA的正向电流时，成功实现了室温下较强的电致发光，并在电致发光谱(EL)中观察到了位于3.25eV的紫外发光峰和2.54eV附近的可见发光峰，紫外与可见发光的强度比大约为1∶1。该器件的成功制备为ZnO基光电器件提供了一种简单可行的途径。