PDF《及其性能研究*》

物理学报Acta Phys.

Sin. Vol. 62, No.

5 (2013)

057802 CVD 法制备 p-ZnO 薄膜/n-Si 异质结发光二极管 及其性能研究* 冯秋菊? 蒋俊岩 唐凯 吕佳音 刘洋 李荣 郭慧颖 徐坤 宋哲 李梦轲 ( 辽宁师范大学物理与电子技术学院, 大连

116029 ) (

2012 年10 月11 日收到;

2012 年10 月30 日收到修改稿 ) 利用简单的化学气相沉积方法, 首先在 n-Si 衬底上生长 Sb 掺杂 p-ZnO 薄膜, 并在此基础上制作了 p-ZnO/n-Si 异质结发光二极管.对制备的 Sb 掺杂 ZnO 薄膜在

800 ?C 下进行了热退火处理, 发现退火后样品的晶体质量和表 面形貌都得到明显提高, 并且薄膜呈现的电导类型为 p 型, 载流子浓度为 9.56*1017 cm?3. 此外, 该器件还表现出良 好的整流特性, 正向开启电压为 4.0 V, 反向击穿电压为 9.5 V. 在正向

45 mA 的注入电流条件下, 器件实现了室温下 的电致发光. 这说明较高质量的 ZnO 薄膜也可以通过简单的化学气相沉积方法来实现, 这为 ZnO 基光电器件的材 料制备提供了一种简单可行的方法. 关键词: CVD, p-ZnO, 异质结, 电致发光 PACS: 78.55.Et, 81.15.Gh, 78.60.Fi DOI: 10.7498/aps.62.057802

1 引言ZnO 是一种新型的 II-VI 族直接宽禁带半导体 材料, 室温下禁带宽度为 3.37eV, 激子束缚能相对 较高, 达60 meV, 使ZnO 材料成为下一代短波长光 电器件的理想候选材料之一, 尤其是在蓝紫光发光 二极管 (LEDs) 和激光器 (LDs) 等领域有着较好的 应用前景和研发价值 [1,2]. 要实现 ZnO 在光电器件 方面的应用, 高质量的 n 型和 p 型ZnO 薄膜材料的 是不可缺少的. ZnO 是一种非故意掺杂的 n 型材料, ZnO 对受主掺杂会产生很强的自补偿效应和受主 杂质有限的固溶度或较深的受主能级, 使得制备出 高质量的 p 型ZnO 薄膜非常的困难, 极大的限制了 ZnO 基光电器件的开发应用 [3]. 但经过多年来人们 对于 p 型ZnO 薄膜掺杂的深入研究, p 型ZnO 薄膜 的研究已经取得了一些初步进展 [4?6]. 此外, 目前 制备 ZnO 薄膜的方法有多种, 主要有金属有机化学 气相沉积 (MOCVD)[7]、分子束外延 (MBE)[8]、脉 冲激光沉积 (PLD)[9] 和磁控溅射 [10] 等方法, 然而 据我们所知采用简单的化学气相沉积 (CVD) 方法 制备 ZnO 薄膜的研究却非常少. 本文我们通过简 单的 CVD 方法制备出了高质量的 p-ZnO 薄膜, 继 而制作了 p-ZnO 薄膜/n-Si 异质结发光器件, 并且该 器件实现了室温下的电致发光.

2 实验2.1 p 型ZnO 薄膜的制备 采用简单的 CVD 设备, 在n-Si (111) 衬底上制 备Sb 掺杂的 ZnO 薄膜, 实验所用低阻 n-Si (111) 的载流子浓度约为

1 *

1018 cm?3, 迁移率约为

310 cm2/V・s. 首先将 Si 片先后放入丙酮和酒精中超声 清洗, 以去除表面的有机杂质, 再用稀释的氢氟酸 溶液去除衬底表面的氧化层, 然后用去离子水冲洗, 并用 N2 吹干, 迅速放入生长室. 本实验采用高纯 Zn 粉(99.999%), Sb2O3 粉末 (9 9.999%) 和氧气分 * 国家自然科学基金 (批准号: 10804040, 11004020, 11004092)、辽宁省博士科研启动基金 (批准号: 20081081, 20101061)、大连市自然科学基金 (批准号: 2010J21DW020) 和中科院空间激光通信及检验技术重点实验室开放基金 (批准号: KJJG10-1) 资助的课题. ? 通讯作者. E-mail: [email protected] c ?

2013 中国物理学会 Chinese Physical Society http://wulixb.iphy.ac.cn 057802-1 物理学报Acta Phys. Sin. Vol. 62, No.