外延gan衬底上zno%3aga薄膜制备及特性的研究

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1、山东大学硕士学位论文摘要宽禁带氧化物透明导电薄膜具有在可见光区域透过率高、红外波段反射率高以及导电性能优良等特点，而GaN材料则具有禁带宽度大、电子饱和漂移速度高、导热性好等特点，二者在光电器件领域都得到了广泛的应用。目前，GaN基发光二极管(LEDs)ij,经产业化，并且有广泛的应用。提高GaN基LEDs效率的其中一个方法是使用低阻透明导电膜来提高发光效率，目前LED市场所用的透明导电膜主要是掺锡氧化铟(In203：S玛ITO)。但是，铟(In)资源比较紧缺，而且In的强扩散性会导致器件性能的衰退。ZnO材料高温下稳定，资源丰富，有利于应用生产。Zn

2、O和GaN的禁带宽度非常相近(Egz．o=3．37eV,Ego刑=3．40eV)，晶格非常匹配(ZnO：ao=3．250A，Co=5．207A；GaN：ao=3．189A，Co=5．186A)，因此在GaN上制备ZnO既可以降低界面势垒效应，又可以减少界面应力导致的缺陷，较易获得高质量的薄膜。在制备高质量ZnO单晶膜的基础上进行合适的掺杂，改善电学性能，既可以使ZnO成为很好的GaN基LEDs的透明电极材料，又可以用于ZnO基光电器件。所以，研究在GaN上制备ZnO薄膜这一课题有很强的应用性。在这样的背景下，本论文开展了对epi．GaN／a．A1203

3、(0001)衬底ZnO：Ga透明导电膜的制备及其性质的研究。本论文的主要研究工作及结果如下：1．采用MOCVD方法，以高纯Zn(C2H5)2作为有机源，高纯02作为氧源，高纯N2作为载气，成功地制备了高质量的ZnO单晶外延薄膜。分析结果表明，与Q．A1203(0001)和7059玻璃相比较，在epi—GaN／ct-A1203(0001)衬底上制备的薄膜具有最好的结晶质量。在600oC的epi—GaN／ct．A1203(0001)衬底上制各了～组反应压强在10--40Torr范围变化的ZnO薄膜。测试分析表明反应压强为20Torr时制备的薄膜具有最好的结

4、晶质量、最高的迁移率和良好的光学性质。2．用epi．GaN／ct-A1203(0001)衬底，在20Torr的反应压强下制备了不同衬底温度的ZnO系列薄膜，温度变化范围为500“50oC。测试分析表明，衬底温度为600oC时制备的薄膜具有最好的结晶质量，为纤锌矿结构的ZnO单晶外延薄膜，与GaN(0001)衬底存在ZnO(O001)

5、IGaN(0001)、ZnO[1120】JIGaN【l120】和山东大学硕士学位论文ZnO[1010】I

6、GaN【1010】的外延关系。在500“50。C温度变化范围内，600。C时制备的ZnO薄膜具有最高的迁移率、较低的

7、载流子浓度和较低的电阻率。制备的样品在可见光区域平均透过率均大于epi．GaN／a．A1203衬底的透过率，具有一定的增透作用。3．在衬底温度600。C，反应压强20Torr的条件下，以高纯Zn(C2H5)2作为锌源，高纯Ga(CH3)3作为镓源，高纯02作为氧源，高纯N2作为载气，采用MOCVD方法制备ZnO：Ga薄膜。分析结果表明，epi．GaN／a．A1203(0001)衬底上制备的ZnO：Ga(4％)薄膜比在Q．A1203(0001)和7059玻璃衬底上制备的ZnO：Ga(4％)薄膜具有更好的结晶质量和更小的光学带隙。在epi．GaN／a-A1

8、203(0001)衬底上制备了掺杂浓度为0,--8％的ZnO：Ga系列薄膜，并对不同掺杂浓度薄膜的结构、电学和光学性质进行了系统的研究。制备薄膜均为具有c轴择优取向的纤锌矿结构氧化锌。随着掺杂浓度的升高，制备的ZnO：Ga薄膜经历了由单晶向多晶的转变，薄膜表面形貌和粗糙度受掺杂浓度的影响较大。掺杂浓度为4-6％范围的薄膜具有优良的电学和光学性质。在该范围内，室温下的电阻率为1．24X10‘2～1．26X10‘2Q·cm，霍尔迁移率为11．7~23．2cm2V。1s～，载流子浓度为2．18X101‰．22X1019cnl-3，样品在可见光区域平均透过率超

9、过了80％。关键词：金属有机化学气相沉积(MOCVD)；Ga掺杂ZnO薄膜(ZnO：Ga)；结构；光电性质。山东大学硕士学位论文IIABSTRACTWidebandgaptransparentconductiveoxidefilmshavefeaturesofhi曲transmittanceinthevisibleregion,highreflectivityintheinfraredregion,andexcellentelectricalconductivity．GaNmaterialhascharacteristicsofwidebandgap，

10、highelectronicsaturateddriftingvelocity,andhigh