磁控溅射方法制备(B,N)共掺ZnO薄膜及其光电特性研究

【作者】 尹彬； 王月飞； 魏亚东； 姜永远； 王先杰； 隋郁； 沈爱东； 李炳生；

【机构】 哈尔滨工业大学；

【摘要】 ZnO是一种Ⅱ-Ⅵ族直接带隙半导体,其室温下的带隙宽度为3.37 eV,激子束缚能高达60 meV。ZnO与GaN相近的带隙,并且其激子束缚能要远远高于GaN。因此,它被认为是继GaN之后制备紫外发光二极管（LEDs）和紫外激光器（LDs）等光电器件的重要材料。ZnO很容易实现电子掺杂形成n型,然而空穴掺杂却遇到非常大的困难,不容易实现p型。由于缺乏可重复和稳定的p型ZnO,使得ZnO的器件应用遇到瓶颈。在这篇文章中,我们通过B-N共掺的方法,尝试进行ZnO的p型掺杂。对于通过共参制备p-型ZnO,在理论上和实验上已经有很多报道。这种方法的主要有点是可以减小受主的形成能,因而可以增加受主的掺杂浓度,并且还可以增加受主的稳定性。目前大部分的报道是关于Ga-N和Be-N共掺,制备p-ZnO,而对于B-N共掺,很少有报道。与Ga-N（Be-N）键相比,B-N键更稳定,因而可以预计通过B-N共掺,受主将更稳定。利用磁控溅射技术,我们首先采用金属锌作为靶材,以高纯的Ar（99.9999%）和NH₃（99.99999%）作为溅射和反应气体,制备Zn₃N₂薄膜。通过优化条件,可以得到质量较好的Zn₃N₂薄膜。然后通过热氧化的方法,制备获得了p-型氧化锌。霍尔测量表明当退火温度为500℃时,可以得到弱p型ZnO。进一步升高退火温度,又变回n-型,说明受主在氧化锌中不稳定。为了增加受主的稳定性,我们引入B元素,与ZnO中的N形成较强的B-N键,从而达到固定N元素的目的。以BN、ZnO作为靶材,利用共溅射的方式制备ZnO:（B,N）薄膜。我们将报道衬底温度,溅射功率和气体分压对薄膜特性的影响。最终希望能够得到稳定性高的P型ZnO薄膜。更多还原