新型宽禁带半导体材料与器件研究课件

新型宽禁带半导体材料与器件研究新型宽禁带半导体材料与器件研究（第三代半导体材料与器件研究）（第三代半导体材料与器件研究）新型宽禁带半导体材料与器件研究1半导体的发展历程半导体的发展历程从半导体材料分：从半导体材料分：第一代半导体第一代半导体 Ge、Si 第二代第二代 GaAs、InP直接带隙半导体直接带隙半导体 第三代第三代 宽带隙宽带隙 GaN、ZnO等等半导体的发展历程从半导体材料分：第一代半导体 Ge 2l l19561956年国家年国家年国家年国家1212年科学发展规划，高鼎三老师参加将半导体列年科学发展规划，高鼎三老师参加将半导体列年科学发展规划，高鼎三老师参加将半导体列年科学发展规划，高鼎三老师参加将半导体列入科学发展规划。在我国首次研制成功入科学发展规划。在我国首次研制成功入科学发展规划。在我国首次研制成功入科学发展规划。在我国首次研制成功GeGe大功率整流器和大功率整流器和大功率整流器和大功率整流器和点接触二极管，成为我国现代半导体器件研究的开端（第一点接触二极管，成为我国现代半导体器件研究的开端（第一点接触二极管，成为我国现代半导体器件研究的开端（第一点接触二极管，成为我国现代半导体器件研究的开端（第一代半导体）。代半导体）。代半导体）。代半导体）。l l高鼎三老师向有关主管部门提出了创办长春半导体厂及中国高鼎三老师向有关主管部门提出了创办长春半导体厂及中国高鼎三老师向有关主管部门提出了创办长春半导体厂及中国高鼎三老师向有关主管部门提出了创办长春半导体厂及中国科学院吉林分院半导体研究所（后改为东北物理所）的建议科学院吉林分院半导体研究所（后改为东北物理所）的建议科学院吉林分院半导体研究所（后改为东北物理所）的建议科学院吉林分院半导体研究所（后改为东北物理所）的建议并参与了筹建工作。并参与了筹建工作。并参与了筹建工作。并参与了筹建工作。l1962年至年至1966年，进行了台面晶体管、隧道二极管、年，进行了台面晶体管、隧道二极管、砷化砷化镓激光器等研究。镓激光器等研究。l以敏锐的科学洞察力看准了半导体光电子学这一新的发展方以敏锐的科学洞察力看准了半导体光电子学这一新的发展方向，开始了第二代半导体的研究向，开始了第二代半导体的研究。l1976年，研制的砷化镓条形双异质结激光器，在国内率先实年，研制的砷化镓条形双异质结激光器，在国内率先实现室温激射，获现室温激射，获1978年全国科技大会奖。吉林大学在第二代年全国科技大会奖。吉林大学在第二代半导体的研究在很长时间处于国内领先地位。半导体的研究在很长时间处于国内领先地位。1956年国家12年科学发展规划，高鼎三老师参加将半导体列入3半导体科学技术的新应用半导体科学技术的新应用 半导体照明半导体照明几几千千年年来来，古古今今中中外外的的人人们们一一直直依依靠靠日日光光、月月光光和和火火光光进进行行照照明明，直直到到1879年年爱爱迪迪生生发发明明第第一一只只白白炽炽灯灯，真真正正意意义义上上的的现现代代文文明明才才得得以以开开始始。一一百百多多年年来来，照照明明灯灯具具飞飞速速发发展展，白白炽炽灯灯、气气体体放放电电灯灯和和各各种种不不同同类类型型的的灯灯具具把把城城市市和和乡乡村村照照耀耀的的五五光光十十色色，但但在在我我们们应应用用的的灯灯具具中中（特特别别是是灯灯泡）有泡）有80%90%的电力的电力转化为为热能被白白消耗掉。转化为为热能被白白消耗掉。半半导导体体照照明明是是21世世纪纪最最具具发发展展前前景景的的高高技技术术领领域域之之一一。半半导导体体照照明明光光源源发发光光二二极极管管(LED)具具有有高高效效、节节能能、环环保保、长长寿寿命命、抗抗震震、抗抗冲冲击击、易易维维护护等等显显著著特特点点，被被认认为为是是最最有有可可能能进进入入普普通通照照明明领领域域的的一一种种新新型型固固态态冷冷光光源源。是是人人类类照明史上继白炽灯、荧光灯之后的又一次革命。照明史上继白炽灯、荧光灯之后的又一次革命。半导体科学技术的新应用 半导体4照明要使用多少能源？照明要使用多少能源？l美国每年大约使用美国每年大约使用3万亿度的电力。万亿度的电力。l其中的其中的20%或六千亿度的电力用于发光照明。或六千亿度的电力用于发光照明。l白炽灯白炽灯/卤素灯用去卤素灯用去40%的电力却仅能产生的电力却仅能产生15%的光源！的光源！l荧光灯荧光灯/高压放电灯用高压放电灯用60%电力产生了电力产生了85%的光源！的光源！l照明市场约为照明市场约为US$600亿亿/年并缓慢地增长，年并缓慢地增长，2%/年。年。l中中国国使使用用的的电电力力约约1.65万万亿亿度度/2002，1.91万万亿亿度度/2003，2.19万万亿亿度度/2004。其中照明用电约。其中照明用电约2.6千亿度，。千亿度，。l2005年年我我国国电电力力缺缺口口约约为为2500万万千千瓦瓦（2004全全年年新新装装机机是是5055万万千千瓦瓦，三三峡峡装装机机容容量量980万万千千瓦瓦/）。如如果果用用半半导导体体照照明明可可节节约约一一个三峡电站个三峡电站l2020年年我我国国的的电电力力需需求求为为4.6万万亿亿千千瓦瓦时时，其其中中年年照照明明用用电电量量约约占占总发电量的总发电量的15，为，为5250亿千瓦时。亿千瓦时。照明要使用多少能源？美国每年大约使用3万亿度的电力。5照照 明明 市市 场场白炽灯白炽灯白白炽炽灯灯热热光光源源，钨钨丝丝发发光光色色温温为为2850K缺点：缺点：l能源浪费（绝大多数是红外辐射）能源浪费（绝大多数是红外辐射）l发光效率发光效率15 lm/W（5%功率）功率）l安全问题安全问题l最最根根本本的的是是无无法法达达到到白白日日的的色色温温（6500K）优点：优点：l价格便宜（价格便宜（0.0005US$/lm）荧光灯荧光灯荧光灯荧光灯冷光源，是由汞蒸汽放电产生的冷光源，是由汞蒸汽放电产生的紫外线紫外线(266nm)(266nm)激发磷光物（荧光粉）发光。激发磷光物（荧光粉）发光。缺点：缺点：寿命短（寿命短（1000080 lm/W80 lm/W）和高的光通量）和高的光通量最重要的是通过三色的混合可获得任意色温最重要的是通过三色的混合可获得任意色温照 明 市 场白炽灯荧光灯6美国固态照明路线图美国固态照明路线图(From：OIDA Technology Roadmap Update 2002.9)美国固态照明路线图(From：OIDA Technology7三种方法产生白光发光照明三种方法产生白光发光照明可与日光灯的白光合成原理类似，也可用可与日光灯的白光合成原理类似，也可用不同颜色的半导体发光合成白光不同颜色的半导体发光合成白光三基色白光三基色白光光源光源紫外紫外LED激激发白光光源发白光光源兰光兰光LED激发激发白光光源白光光源三种方法产生白光发光照明可与日光灯的白光合成原理类似，也可用8新型宽禁带半导体材料与器件研究课件9 -N是以InN、GaN和AlN三种基质材料构成的合金半导体材料InN(0.7eV)GaN(3.4 eV)AlN(6.2 eV)InGaN(0.7-3.4 eV)AlGaN(3.4 6.2 eV)族氮化物材料特点族氮化物材料特点AlxGa1-xInyN1-y(0.7-6.2eV)宽广光学窗口：宽广光学窗口：1.77 m 0.36 m 0.20 m，全直接带隙全直接带隙 -N是以InN、GaN和AlN三种基质材料构成的合金半优点优点l不需要磷粉进行光转换，发光效率较高；不需要磷粉进行光转换，发光效率较高；l可实现动态调节色温可实现动态调节色温l非常好的彩色重现性非常好的彩色重现性缺点缺点l成本高成本高l颜色随时间、温度的变化而退化或不稳定颜色随时间、温度的变化而退化或不稳定l由由于于是是三三个个二二极极管管构构成成白白光光，在在发发光光过过程程中中需需要要对对每每个个光光源源进进行行独独立立控控制制，颜颜色色的的混混合合较较难难处理；处理；研究方向：一个芯片同时发红、绿、蓝三色。研究方向：一个芯片同时发红、绿、蓝三色。LED 白白 光光 照照 明明红、绿、蓝三色红、绿、蓝三色LED合成白光合成白光优点LED 白 光 照 明红、绿、蓝三色LED合成白光11UV-LED激发红、绿、蓝荧光合成白光激发红、绿、蓝荧光合成白光优点优点l白白光光仅仅取取决决于于荧荧光光物物！（对对LED光光源源有有较较大的宽容度）大的宽容度）l非常好的彩色重现性非常好的彩色重现性l理论上理论上“最易于制造！最易于制造！”缺点缺点l紫外光的泄露有潜在的破坏性紫外光的泄露有潜在的破坏性l由由于于磷磷光光物物的的转转换换效效率率、斯斯托托克克司司频频移移以以及自身的吸收等因素限制了发光效率及自身的吸收等因素限制了发光效率LED 白白 光光 照照 明明UV LED+RGB phosphorUV-LED 激发红、绿、蓝荧光合成白光优点LED 白 光 照12蓝光蓝光LED激发激发黄色磷光体合成白光黄色磷光体合成白光优点优点l目前已有黄色的磷光体！目前已有黄色的磷光体！l磷光体具有好的温度稳定性磷光体具有好的温度稳定性缺点缺点l彩色重现性较差！彩色重现性较差！l颜色的一致性与角度有关！颜色的一致性与角度有关！l由由于于磷磷光光体体的的转转换换效效率率、斯斯托托克克司司频频移移以及自身的吸收等因素限制了发光效率以及自身的吸收等因素限制了发光效率LED 白白 光光 照照 明明Blue LED+Yellow phosphorBinary Complimentary蓝光LED激发黄色磷光体合成白光优点LED 白 光 照 明B13不同波长芯片的内量子效率和光提取效率u 内量子效率不高内量子效率不高 iu 光提取效率不高光提取效率不高50-60%u 提高封装效率、散热、光路设计提高封装效率、散热、光路设计照明用大功率白光照明用大功率白光LEDLED的三大问题的三大问题 wp=extraction i目前水平：目前水平：i 低于低于30%wp 为为20-30%package 为为 50-60%不同波长芯片的内量子效率和光提取效率 内量子效率不高 i14内量子效率问题：内量子效率问题：GaN基蓝光LED结构中压电场带来的问题l InGaN/GaN LED中载流中载流子限制结构设计中的矛盾子限制结构设计中的矛盾 由于极化效应的存在，由于极化效应的存在，InGaN蓝光蓝光LED的量子阱宽的量子阱宽一般不能超过一般不能超过3nm，否则电，否则电子空穴发生空间分离，波函子空穴发生空间分离，波函数重叠积分大大减小，辐射数重叠积分大大减小，辐射复合效率极低。复合效率极低。合理的量子阱结构设计，非极性材料生长，合理的量子阱结构设计，非极性材料生长，一个一个芯片同时发红、绿、蓝三色的研制。芯片同时发红、绿、蓝三色的研制。内量子效率问题：GaN基蓝光LED结构中压电场带来的问题 I15光提取效率：光提取效率：光的内反射问题光的内反射问题l良好的透明导电膜电极良好的透明导电膜电极l表面粗化表面粗化l图形衬底图形衬底l倒装焊倒装焊l光子晶体应用光子晶体应用半透明电极半透明电极Ag基倒装焊结构基倒装焊结构高反射高反射Ag镜镜光提取效率：光的内反射问题良好的透明导电膜电极半透明电极Ag16封装：封装：提高封装效率、散热、提高封装效率、散热、光路设计光路设计l高效荧光粉高效荧光粉l稳定、透明度高的封装树脂稳定、透明度高的封装树脂l散热片设计散热片设计l倒装焊倒装焊l针对不同应用设计合理的光路针对不同应用设计合理的光路封装：提高封装效率、散热、光路设计高效荧光粉17大功率大功率LEDl大尺寸芯片结构设计大尺寸芯片结构设计l衬底剥离技术衬底剥离技术l晶格匹配衬底研制与生长晶格匹配衬底研制与生长自支撑GaN衬底、AlN衬底、SiC衬底ZnO衬底我们工作的思路：我们工作的思路：ZnO衬底或衬底或ZnO/Al2O3衬底低温生长衬底低温生长GaN单晶薄膜。单晶薄膜。大功率LED大尺寸芯片结构设计我们工作的思路：18LED应用l景观照明、特殊照明景观照明、特殊照明l路灯路灯l台灯台灯l汽车、交通信号灯汽车、交通信号灯lLCD背光源、手机、电视、电脑背光源、手机、电视、电脑l大屏幕大屏幕l玩具玩具LED应用景观照明、特殊照明19LED是是2009年唯一年唯一没有没有受經濟風受經濟風暴影響的產業暴影響的產業 LED是2009年唯一没有受經濟風暴影響的產業 20第三代带半导体器件l功率型功率型LED单芯片宽谱白光单芯片宽谱白光LED、UV LEDl激光器（蓝光激光器、红外）激光器（蓝光激光器、红外）l紫外探测器（太阳盲）紫外探测器（太阳盲）l太阳能电池（全谱）太阳能电池（全谱）光电器件光电器件电学器件电学器件高温、高电压、高频、大功率晶体管高温、高电压、高频、大功率晶体管第三代带半导体器件功率型LED光电器件电学器件高温、高电压、21极化诱导能带工程在器件中的应用极化诱导能带工程在器件中的应用稀磁半导体稀磁半导体Electrical Spin injection:The polarized-LEDElectrical Spin injection:The polarized-LED极化诱导能带工程在器件中的应用稀磁半导体Electrica22我们的工作l氮化铝氮化铝(AlN)作为宽能隙直接能带结构化合物半导体材作为宽能隙直接能带结构化合物半导体材料，由于其具有高击穿电压、高热导率、高硬度、优料，由于其具有高击穿电压、高热导率、高硬度、优良的压电特性、高化学和热稳定性，在表良的压电特性、高化学和热稳定性，在表(体体)声波器件、声波器件、电子器件封装、深紫外发光及光探测器件等方面具有电子器件封装、深紫外发光及光探测器件等方面具有很好的应用前景。很好的应用前景。l本实验中采用射频等离子体辅助分子束外延技术本实验中采用射频等离子体辅助分子束外延技术(RF-MBE)在在Si(111)衬底上外延衬底上外延AlN晶体薄膜。采用高纯金晶体薄膜。采用高纯金属铝作为属铝作为Al源、高纯源、高纯N2作为作为N源，在源，在Si(111)衬底上预沉衬底上预沉积一层金属积一层金属Al后氮化作为缓冲层，再在其上外延后氮化作为缓冲层，再在其上外延AlN的的方法。方法。我们的工作氮化铝(AlN)作为宽能隙直接能带结构化合物半导体23Al2p的电子结合能为的电子结合能为73.89eV，N1s的电子结合能为的电子结合能为397.05 eV 薄膜的化学计量比为薄膜的化学计量比为1.1:1，接近其化学计量比，接近其化学计量比 X射线光电子能谱测试图1(a)Al元素的窄扫描XPS谱图；(b)N元素的窄扫描XPS谱图Al2p的电子结合能为73.89eV，N1s的电子结合能为324反射高能电子衍射图像反射高能电子衍射图像图图2 2 外延外延AlNAlN薄膜的薄膜的RHEEDRHEED图像图像形成了条纹状图像，表明外形成了条纹状图像，表明外延后得到了较为平整的表面，延后得到了较为平整的表面，并且形成了并且形成了AlN晶体晶体 原子力显微镜测试原子力显微镜测试图图3 3 外延外延AlNAlN薄膜的表面形貌图薄膜的表面形貌图表面均方根粗糙度为表面均方根粗糙度为5.45nm表面较为平整，薄膜呈圆球表面较为平整，薄膜呈圆球密堆结构密堆结构 反射高能电子衍射图像图2 外延AlN薄膜的RHEED图像形成25X射线衍射图像射线衍射图像XRD衍衍射射图图像像表表明明制制备备的的AlN薄薄膜膜有有较较好好的的晶晶格格取取向向，在在36.14处处是是典典型型的的六六方方AlN(002)的的衍衍射射峰峰，其其半半高高 宽宽(F W H M)为为 0.24 图4 外延AlN薄膜的XRD曲线图X射线衍射图像XRD衍射图像表明制备的AlN薄膜有较好的晶格26AlNSiSi衬底上AlN薄膜的断面SEM照片 从图中可以看出外延从图中可以看出外延AlN薄膜厚度约为薄膜厚度约为128nm，界面较为清晰，界面较为清晰，结构较致密。结构较致密。MBEMBE法制备法制备ZnOZnO薄膜晶体管薄膜晶体管AlNAlN绝缘层绝缘层 AlN为绝缘层的为绝缘层的 ZnO薄膜晶体管薄膜晶体管AlNSiSi衬底上AlN薄膜的断面SEM照片 27Al2p的电子结合能为74.12eV，N1s的电子结合能为397.31 eV 薄膜的化学计量比为1.03:1，接近其化学计量比 X射线光电子能谱测试射线光电子能谱测试AlN薄膜的薄膜的Al、N元素元素XPS谱图谱图 MBEMBE法制备法制备ZnOZnO薄膜晶体管的薄膜晶体管的AlNAlN绝缘层绝缘层 Al2p的电子结合能为74.12eV，N1s的电子结合能为328在Si衬底上用MBE方法生长AlN（128nm）用MOCVD方法生长ZnO（100nm）蒸发Al制作源栅漏电极,其中源漏采用钨丝掩膜GDSwLSiAlNZnO在Si衬底上用MBE方法生长AlN（128nm）GDSwL29TFT输出特性曲线 l左图为测得TFT不同栅极偏压下的IDS-VDS特性曲线,从图中可以看到栅极偏压对源漏电流有明显的调制作用,栅极正向偏压大于阈值电压后,沟道电流随着栅极偏压的增大而增大,说明该晶体管为n沟增强型器件。TFT输出特性曲线 左图为测得TFT不同栅极偏压下的IDS-30IDS1/2-VGS曲线l左图是由晶体管在 VDS=3V 下的IDS-VGS曲线画出的IDS1/2-VGS曲线。外推IDS1/2-VGS 曲线中的线性部分,可得晶体管的阈值电压约为6V6V。IDS1/2-VGS曲线左图是由晶体管在 VDS=3V 下的31计算场效应迁移率l在饱和区依据下面的公式:Ci为栅绝缘层单位面积电容VTH为阈值电压W为沟道宽度(本实验中W=1000m)L为沟道长度(本实验中L=50m)可以计算得到场效应迁移率约为8.9 cm2/(Vs)计算场效应迁移率在饱和区依据下面的公式:32 TFT 转移特性曲线 l左图为测得晶体管在V DS=3V时的IDS-VDS曲线，从图中可知，关态的电流在10-9A量级，开态电流在10-5A量级，开关比接近104。TFT 转移特性曲线 左图为测得晶体管在V DS=3V时的33GaN-MOCVDGaN-MOCVD34 一、引言一、引言 二、二、设备设备和技和技术术方法介方法介绍绍 三、三、p-ZnO材料的研究情况材料的研究情况 四、四、ZnO基基p-n结及发光管的研究情况结及发光管的研究情况 五、五、ZnO材料发光存在的问题与讨论材料发光存在的问题与讨论ZnO材料与器件材料与器件 一、引言ZnO材料与器件35lZnO晶体中晶体中(0001)面有最低面有最低的表面自由能，因此有强烈的表面自由能，因此有强烈的的(0001)面择优取向生长特面择优取向生长特性，或称为性，或称为c轴择优取向。轴择优取向。lZnO在常温常压下的稳定在常温常压下的稳定相属六方晶系，纤锌矿结构相属六方晶系，纤锌矿结构l压电特性压电特性 ZnO GaNl 晶体结构晶体结构 六角六角 六角六角l Eg(eV)3.2 3.4lEbex(meV)60 25la(nm)0.325 0.319lc(nm)5.20 5.19lTg C 500600 1100lTmelt 1970 1700l刻蚀加工刻蚀加工 容易容易 难难一、引言 材料性质ZnO晶体中(0001)面有最低的表面自由能，因此有强烈的(36 19961996年在第年在第年在第年在第2323届国际半导体物理年会上香港和日届国际半导体物理年会上香港和日届国际半导体物理年会上香港和日届国际半导体物理年会上香港和日本合作的一个研究组首次报道了本合作的一个研究组首次报道了本合作的一个研究组首次报道了本合作的一个研究组首次报道了ZnOZnO薄膜光泵浦紫外薄膜光泵浦紫外薄膜光泵浦紫外薄膜光泵浦紫外激光激光激光激光 。ZnO材料研究进展材料研究进展 19971997年年年年5 5月月月月ScienceScience第第第第276276卷专门发表了一篇评论员卷专门发表了一篇评论员卷专门发表了一篇评论员卷专门发表了一篇评论员文章文章文章文章“Will UV Lasers Beat the BluesWill UV Lasers Beat the Blues”对对对对ZnOZnO的工作的工作的工作的工作做了专门评述，指出这是一项十分重要的工作。做了专门评述，指出这是一项十分重要的工作。做了专门评述，指出这是一项十分重要的工作。做了专门评述，指出这是一项十分重要的工作。之后不久，美国西北大学也报道了之后不久，美国西北大学也报道了之后不久，美国西北大学也报道了之后不久，美国西北大学也报道了ZnOZnO薄膜自薄膜自薄膜自薄膜自形成谐振腔的激光发射形成谐振腔的激光发射形成谐振腔的激光发射形成谐振腔的激光发射。1996年在第23届国际半导体物理年会上香港和37 LZnO材料研究进展材料研究进展对称边面式自形成谐振腔：对称边面式自形成谐振腔：lZnO薄膜是由紧密排列的六角薄膜是由紧密排列的六角柱组成的薄膜柱组成的薄膜l在光激发区域，由于激子态填在光激发区域，由于激子态填充效应导致反射系数降低，因此充效应导致反射系数降低，因此在激发带两端处的两个平行的边在激发带两端处的两个平行的边面可产生较大的反射率，形成了面可产生较大的反射率，形成了谐振腔的两个端面。谐振腔的两个端面。香港和日本的联合研究小组及美国西北大学几乎同时报道香港和日本的联合研究小组及美国西北大学几乎同时报道了两种了两种ZnOZnO薄膜自形成谐振腔理论，对自己发现的光泵浦薄膜自形成谐振腔理论，对自己发现的光泵浦激射现象作了解释。激射现象作了解释。谐振腔形成机理ZnO薄膜的原子力显微图 LZnO材料研究进展对称边面式自形成谐振腔：香港和日本的联38ZnO材料研究进展材料研究进展ZnO薄膜的激射谱ZnO材料研究进展ZnO薄膜的激射谱39ZnO材料研究进展材料研究进展自形成谐振腔谐振腔机理随机散射式自形成谐振腔：随机散射式自形成谐振腔：lZnO 薄薄膜膜是是由由尺尺寸寸在在50-150nm 之之间间不不规则晶粒组成的多晶薄膜。规则晶粒组成的多晶薄膜。l随随机机排排列列的的晶晶粒粒导导致致强强烈烈的的散散射射，散散射射的的平平均均自自由由程程与与激激射射波波长长在在同同一一量量级级，某某一一晶晶粒粒的的光光可可能能通通过过多多个个晶晶粒粒的的散散射射返回至这个晶粒，形成一个环形路径。返回至这个晶粒，形成一个环形路径。l这这样样的的一一些些环环均均可可作作为为谐谐振振腔腔，不不同同的的环损耗不同。环损耗不同。l泵泵浦浦光光强强度度逐逐渐渐加加大大，在在低低损损耗耗的的环环形形腔腔内内，增增益益首首先先超超过过损损耗耗而而形形成成振振荡荡；形形成成一一些些窄窄发发射射峰峰；随随着着强强度度进进一一步步增增大大，损损耗耗较较高高的的环环形形腔腔也也实实现现振振荡荡，出出现更多数量的窄发射峰。现更多数量的窄发射峰。ZnO材料研究进展自形成谐振腔谐振腔机理随机散射式自形成谐振40l由图可见，由图可见，由图可见，由图可见，其光谱峰值在其光谱峰值在388nm附近，在低激发强度下，附近，在低激发强度下，发射谱为一个单发射宽谱峰；发射谱为一个单发射宽谱峰；l泵浦光强度逐渐加大，在低损泵浦光强度逐渐加大，在低损耗的环形腔内，增益首先超过损耗的环形腔内，增益首先超过损耗而形成振荡；形成一些窄发射耗而形成振荡；形成一些窄发射峰；随着强度进一步增大，损耗峰；随着强度进一步增大，损耗较高的环形腔也实现振荡，出现较高的环形腔也实现振荡，出现更多数量的窄发射峰，其线宽小更多数量的窄发射峰，其线宽小于于0.4nm0.4nm。不同激发强度下不同激发强度下不同激发强度下不同激发强度下ZnOZnO薄膜薄膜薄膜薄膜的激光发射光谱。的激光发射光谱。的激光发射光谱。的激光发射光谱。ZnO材料研究进展材料研究进展由图可见，其光谱峰值在388nm附近，在低激发强度下，发射谱412001年，Science又报道利用ZnO纳米线制作的世界上最小的紫外纳米光泵浦激光器，激发阈值仅为40 kW/cm2，线宽小于0.3 nm。ZnOZnO纳米线的纳米线的SEMSEM图图 ZnOZnO光泵浦量子线激光器的激射谱光泵浦量子线激光器的激射谱 ZnO材料研究进展材料研究进展2001年，Science又报道利用ZnO纳米线制作的世422005年年1月日本东北大学金属研究所的一个月日本东北大学金属研究所的一个研究组在研究组在Nature materials上发表了一上发表了一篇文章篇文章 Nature Materials,4（2005）42，报道了采用报道了采用L-MBE设备在晶格匹配的设备在晶格匹配的ScAlMgO4衬底上生长的未掺杂衬底上生长的未掺杂ZnO薄膜的薄膜的迁移率超过了迁移率超过了ZnO体单晶。并且他们利用一体单晶。并且他们利用一种反复调节温度的新技术成功获得了稳定可种反复调节温度的新技术成功获得了稳定可再生的再生的p型型ZnO薄膜薄膜，制备了，制备了ZnO p-i-n同质同质结结，在室温下实现电致发光在室温下实现电致发光。这不失为电泵。这不失为电泵浦浦ZnO发光管和激光器的研究过程中的一个发光管和激光器的研究过程中的一个重大突破，势必将掀起重大突破，势必将掀起ZnO研究的又一次高研究的又一次高潮潮。ZnO材料研究进展材料研究进展ZnO p-i-nZnO p-i-n同质结结同质结结构示意图构示意图 2005年1月日本东北大学金属研究所的一个研究组在Natu43室温下室温下p-ZnOp-ZnO的的PLPL谱、谱、ZnO p-i-nZnO p-i-n同质结发光管的电致发同质结发光管的电致发光谱和器件发光照片光谱和器件发光照片室温下p-ZnO的PL谱、ZnO p-i-n同质结发光管的电44APPLIED PHYSICS LETTERS 93,181106(2008)Electrically pumped ultraviolet ZnO diode lasers on SiAPPLIED PHYSICS LETTERS 93,1845长春光机物理所激射长春光机物理所激射结果结果长春光机物理所激射结果46一、引言一、引言ZnOZnOZnOZnO薄膜材料的应用薄膜材料的应用薄膜材料的应用薄膜材料的应用其它应用其它应用光电应用光电应用压电应用压电应用短波长发光管短波长发光管短波长激光器短波长激光器表面声波滤波器表面声波滤波器体声波滤波器体声波滤波器超声换能器超声换能器BraggBragg偏转器偏转器GaNGaN生长的缓冲层生长的缓冲层紫外光探测器紫外光探测器TFT透明电极透明电极FET一、引言ZnO薄膜材料的应用光电应用压电应用短波长发光管短波47（一）MOCVD生长方法的选择 MBEMBE和和MOCVDMOCVD方法生长的方法生长的ZnOZnO薄膜质量最好，薄膜质量最好，其中，其中，MOCVDMOCVD的优点在于：的优点在于：l l可以选择多种金属有机化合物作为源，具有生长多种化合物半导体的灵活性；可以选择多种金属有机化合物作为源，具有生长多种化合物半导体的灵活性；l l它不仅能够制备高纯材料，还能对生长的极薄层材料的厚度、组份和界面它不仅能够制备高纯材料，还能对生长的极薄层材料的厚度、组份和界面 进行精确的控制；进行精确的控制；l l可以生长大面积、均匀性的半导体薄膜，非常适合于工业生产。可以生长大面积、均匀性的半导体薄膜，非常适合于工业生产。和其他方法相比较和其他方法相比较MOCVD方法更适合产业化。方法更适合产业化。二、二、设备和技术方法介绍设备和技术方法介绍（一）MOCVD生长方法的选择 MBE和MOCVD方法生长的48MOCVD用氧源用氧源难消除可以消除 O2氧化物源（H2O、NON2O，CO2等）无预反应会引入杂质会引入杂质不利于掺杂不利于掺杂的控制的控制和DEZn预反应不引入杂质，利于掺杂的控制优点优点缺点缺点优点优点缺点缺点Zn源都用DEZnMOCVD氧源的选择难消除可以消除 氧化物源（H2O、N49为了限制为了限制DEZnDEZn和和O O2 2的预反应，的预反应，获得均匀性好的获得均匀性好的ZnOZnO薄膜薄膜，为了解决，为了解决p p型掺杂难问题，型掺杂难问题，MOCVDMOCVD系统的核心部分反应室系统的核心部分反应室，有以下创新有以下创新。MOCVD设备设备创新点：创新点：两个特殊设计的斜插氧源和锌源喷枪两个特殊设计的斜插氧源和锌源喷枪高速旋转的衬底座，以及采用双气流高速旋转的衬底座，以及采用双气流方案。方案。添加了射频等离子体增强系统添加了射频等离子体增强系统。DEZn由由Ar气携带与气携带与O2通过两个特殊通过两个特殊设计的喷枪进入反应室，直接喷淋到衬设计的喷枪进入反应室，直接喷淋到衬底上，有效的克服了预反应问题。底上，有效的克服了预反应问题。添加等离子体增强系统，使杂质离化添加等离子体增强系统，使杂质离化容易掺入，可以解决容易掺入，可以解决p型掺杂难的问题型掺杂难的问题。反应室示意图反应室示意图 为了限制DEZn和O2的预反应，获得均匀性好的ZnO薄膜，为50ZnO Plasma-assisted MOCVD System我们设计的我们设计的I I型型ZnO-MOCVD装置照片装置照片 ZnO Plasma-assisted MOCVD Syst51II II型型ZnO-MOCVDZnO-MOCVD系统系统，20072007年获批准发明专利，年获批准发明专利，年获批准发明专利，年获批准发明专利，专利号专利号专利号专利号ZL200410011164.0ZL200410011164.0 II型ZnO-MOCVD系统，2007年获批准发明专利，专52MOCVD设备改进设备改进射频离化装置进行了改进射频离化装置进行了改进原反应室示意图原反应室示意图 改进的反应室示意图改进的反应室示意图 MOCVD设备改进原反应室示意图 改进的反应室示意图 53ZnO-MOCVD改造前后改造前后反应反应室室照片照片 还有源喷枪、密封还有源喷枪、密封旋转轴等的改进。旋转轴等的改进。ZnO-MOCVD改造前后反应室照片 还有源喷枪、密封旋转轴54光照作用：光照作用：利用光能来激励和诱导化学反应的一利用光能来激励和诱导化学反应的一 门技术，在化学工业上早有应用。门技术，在化学工业上早有应用。可以降低生长温度和提高源的分解效率可以降低生长温度和提高源的分解效率有助于金属有机物中的烷基脱去。有助于金属有机物中的烷基脱去。激活受主杂质激活受主杂质,解决解决p p型型ZnOZnO见光退化见光退化 不稳定问题不稳定问题。光源（二）（二）ZnO薄膜的光照薄膜的光照辅助辅助MOCVD生长生长 理论证明用能理论证明用能量大于量大于ZnO禁带禁带宽度的光照射衬宽度的光照射衬底，还可以减少底，还可以减少补偿缺陷，从而补偿缺陷，从而有利于形成有利于形成p型导型导电。电。光照作用：光源（二）ZnO薄膜的光照辅助MOCVD生长 55采用卤钨灯作为辅助光源进行生采用卤钨灯作为辅助光源进行生长，灯的光谱覆盖范围为长，灯的光谱覆盖范围为200-2000nm，其高能端截至波长达，其高能端截至波长达6.02 eV。生长前，先在仅有加热丝加热生长前，先在仅有加热丝加热的较低温度下生长一薄缓冲层，的较低温度下生长一薄缓冲层，然后光照开始生长。通过调节灯然后光照开始生长。通过调节灯两端的电压改变其功率，研究不两端的电压改变其功率，研究不同灯功率下生长的同灯功率下生长的ZnO薄膜样品薄膜样品特性。特性。光辅助光辅助MOCVD生长薄膜生长薄膜 采用卤钨灯作为辅助光源进行生长，灯的光谱覆盖范围为200-256光照强度对光照强度对ZnO薄膜质量的影响薄膜质量的影响 采用光辅助采用光辅助-MOCVD法在法在c-Sapphire衬底上衬底上通过改变光照强度制备了通过改变光照强度制备了ZnO薄膜，并通过薄膜，并通过X射线射线衍射、光学、电学、形貌等测试手段对样品进行衍射、光学、电学、形貌等测试手段对样品进行了表征，研究了光照对了表征，研究了光照对ZnO薄膜质量的影响。薄膜质量的影响。选取未光照的样品选取未光照的样品S1和光照条件下生长的样和光照条件下生长的样品品S2-S7等等7个样品进行比较。其中个样品进行比较。其中S1同同S5具有相具有相同的生长温度（从而可更好的评估光照对样品质同的生长温度（从而可更好的评估光照对样品质量的影响）。量的影响）。S2-S7六个样品的光照强度呈逐步增六个样品的光照强度呈逐步增加的趋势，并且光照强度的不同，其对应的生长加的趋势，并且光照强度的不同，其对应的生长温度略有差异。温度略有差异。(衬底温度衬底温度440oC)光照强度对ZnO薄膜质量的影响57光照强度对光照强度对ZnO薄膜结晶质量的影响（薄膜结晶质量的影响（1）比较比较S1和和S5两个样品，我们发现两个样品，我们发现S5具有相对更好的结晶质量。并且随着光照强具有相对更好的结晶质量。并且随着光照强度的增加，度的增加，ZnO(101)衍射峰逐渐减弱，样品由多取向薄膜趋向于单一衍射峰逐渐减弱，样品由多取向薄膜趋向于单一c轴择优取向轴择优取向生长，当光照强度达生长，当光照强度达85V时，样品只存在时，样品只存在ZnO(002)衍射峰，说明此时样品具有最好衍射峰，说明此时样品具有最好的结晶质量。的结晶质量。图图1：ZnO薄膜的归一化薄膜的归一化XRD谱图谱图(对数坐标对数坐标)光照强度对ZnO薄膜结晶质量的影响（1）比较58光照强度对光照强度对ZnO薄膜电学特性的影响（薄膜电学特性的影响（1）样品号电阻率（cm）迁移率（cm2/V s）载流子浓度（cm-3）S12.42.91-8.41017S211431.8+1.721015S3108.84.45+3.371016S420.526.35+3.341017S525.9613+1.861016S68.281.67-4.521017S73.752.3-7.231017光照强度对ZnO薄膜电学特性的影响（1）样品号电阻率迁移率载59光照强度对光照强度对ZnO薄膜电学特性的影响（薄膜电学特性的影响（2）通过调节光照强度，我们发现样品的导电类型同施加的光照强度具有明通过调节光照强度，我们发现样品的导电类型同施加的光照强度具有明显的依赖关系。当光照强度较低时，很容易得到较高阻的显的依赖关系。当光照强度较低时，很容易得到较高阻的ZnO薄膜，随着薄膜，随着光照强度的增加，样品的电阻率显著降低，其迁移率先增加后减小，样品光照强度的增加，样品的电阻率显著降低，其迁移率先增加后减小，样品的导电类型则由的导电类型则由p型逐渐转变为型逐渐转变为n型。型。图图3：ZnO薄膜的电学参数同光照强度的关系薄膜的电学参数同光照强度的关系光照强度对ZnO薄膜电学特性的影响（2）通过调节60光照强度对光照强度对ZnO薄膜电学特性的影响（薄膜电学特性的影响（2）光辅助可以有效的实现光辅助可以有效的实现ZnO导电类型的转型问题，我们认为导电类型的转型问题，我们认为主要原因是主要原因是：（1）光辅助有效的抑制了光辅助有效的抑制了MOCVD法制备法制备ZnO薄膜时薄膜时非故意引入的非故意引入的H（通（通 常以施主形式存在）的缘故。常以施主形式存在）的缘故。（2）高能量的光子有利于反应物的彻底分解高能量的光子有利于反应物的彻底分解（DEZn在在300nm以下波长的以下波长的 光的辐照下可以实现光分解光的辐照下可以实现光分解 J.Cryst.Growth 89(1988)365-370；氧；氧 气裂解气裂解(O2O+O)需要的能量为需要的能量为5.115eV J.Vac.Sci.Technol.A 7(3)(1989)031456-05），），使得化学反应充分进行；使得化学反应充分进行；（3）高能量的光子可以为吸附原子）高能量的光子可以为吸附原子提供足够高的激活能提供足够高的激活能，易于其迁移到合易于其迁移到合 适的晶格格点位置；适的晶格格点位置；因此，可以在光辅助条件下较容易的得到因此，可以在光辅助条件下较容易的得到高质量高质量 的、非故意掺杂的的、非故意掺杂的p-ZnO薄膜。薄膜。（4）光照强度过高时，光照强度过高时，样品样品可转为可转为n型，型，原因可能是原因可能是在更高的光照强度下，在更高的光照强度下，氧原子具有更高的脱附效率，氧原子具有更高的脱附效率，在薄膜中在薄膜中再次引起更多的施主缺陷所致再次引起更多的施主缺陷所致。光照强度对ZnO薄膜电学特性的影响（2）光辅助可以有61光照强度对光照强度对ZnO薄膜表面形貌的影响薄膜表面形貌的影响S1S2S5S7 同未光照样品同未光照样品S1相比，相比，光辅助条件下制备的样品具有更大的晶粒尺寸和更光辅助条件下制备的样品具有更大的晶粒尺寸和更致密的排列致密的排列。同时从图中还可以看出，光辅助样品具有更好的生长取向，这。同时从图中还可以看出，光辅助样品具有更好的生长取向，这同同XRD分析结果相一致。相比较而言，分析结果相一致。相比较而言，S5具有相对更好的表面形貌具有相对更好的表面形貌。图图5：ZnO薄膜的表面形貌照片薄膜的表面形貌照片光照强度对ZnO薄膜表面形貌的影响S1S2S5S7 同未62三、三、p-ZnO材料的研究情况材料的研究情况1 1、本征高阻和本征、本征高阻和本征p p型型ZnOZnO薄膜的生长研究薄膜的生长研究 2 2、掺杂、掺杂p p型型ZnOZnO薄膜的研究薄膜的研究三、p-ZnO材料的研究情况1、本征高阻和本征p型631、本征高阻和本征、本征高阻和本征p型型ZnO薄膜的生长研究薄膜的生长研究p-ZnO的三种制备方法：的三种制备方法：l第一种是通过过量的氧消除自补偿实现反型第一种是通过过量的氧消除自补偿实现反型。这种方法在于通过增这种方法在于通过增大大O2在溅射气体在溅射气体O2和和Ar中的比例，用过量的氧消除氧空位（或锌间隙），中的比例，用过量的氧消除氧空位（或锌间隙），从而实现反型。此种方法制备的从而实现反型。此种方法制备的p型的迁移率达到型的迁移率达到130 cm2V-1s-1，但载流子浓，但载流子浓度较低为度较低为51015cm-3。l第二种是将第二种是将V族元素（族元素（N,P,As和和Sb等）等）作为受主掺杂剂，替代作为受主掺杂剂，替代O原原子的位置，从而形成子的位置，从而形成p-ZnO。与其它。与其它V族元素相比，族元素相比，N可以提供相对较浅的可以提供相对较浅的受主能级，有利于受主能级，有利于p-ZnO的实现。目前，已有研究人员利用的实现。目前，已有研究人员利用NH3、N2O、NO和和N2作为作为N元素的掺杂源，成功制成元素的掺杂源，成功制成p型型ZnO。l第三种方法是共掺杂法制备第三种方法是共掺杂法制备p型型ZnO。将将III族元素和族元素和V族元素共掺杂族元素共掺杂入入ZnO。将。将V族元素（族元素（N）与）与III族元素（族元素（Ga或或Al，In）共掺杂入）共掺杂入ZnO，因为，因为直接掺入直接掺入N的浓度很低，并且其形成能高，自补偿效应严重，通过共掺杂的的浓度很低，并且其形成能高，自补偿效应严重，通过共掺杂的方法可以提高掺杂浓度，实现反型。方法可以提高掺杂浓度，实现反型。l 1、本征高阻和本征p型ZnO薄膜的生长研究p-ZnO的三种制64 本征高阻和本征本征高阻和本征p p型型ZnOZnO薄膜的生长研究薄膜的生长研究l随着随着DE Zn/O2气流的比例从气流的比例从1:45到到1:130，由于，由于Vo和和Zni浓度的减少，浓度的减少，ZnO薄膜的电阻率和迁移率随之增加。薄膜的电阻率和迁移率随之增加。l在在PL谱中谱中,当当DE Zn/O2气流的比例为气流的比例为1:130时，紫外发时，紫外发光强度与深能级发光强度之比为光强度与深能级发光强度之比为237:1，呈现较好的光，呈现较好的光学质量。学质量。l通过加大通过加大O2流量消除自补偿的方法，我们也获得了流量消除自补偿的方法，我们也获得了p型型ZnO薄膜，迁移率为薄膜，迁移率为9.23cm2V-1s-1，载流子浓度为，载流子浓度为1.591016cm-3 电阻率为电阻率为 42.7cm。本征高阻和本征p型ZnO薄膜的生长研究随着DE Zn 65n-ZnOn-ZnO薄膜的变温薄膜的变温PLPL谱谱 本征高阻和本征本征高阻和本征p p型型ZnOZnO薄膜的生长研究薄膜的生长研究l l对于对于对于对于n-ZnOn-ZnO薄膜，在薄膜，在薄膜，在薄膜，在40K260K40K260K温度范围温度范围温度范围温度范围内，近带边发光峰的内，近带边发光峰的内，近带边发光峰的内，近带边发光峰的强度随温度的降低而强度随温度的降低而强度随温度的降低而强度随温度的降低而显著增强。显著增强。显著增强。显著增强。l l在在在在40K40K下，峰值位于下，峰值位于下，峰值位于下，峰值位于369.2nm(3.359eV)369.2nm(3.359eV)，这来源于施主束缚激这来源于施主束缚激这来源于施主束缚激这来源于施主束缚激子子子子(D0X)(D0X)的发射。的发射。的发射。的发射。l l随着温度的降低，随着温度的降低，随着温度的降低，随着温度的降低，ZnOZnO的带隙要增大，的带隙要增大，的带隙要增大，的带隙要增大，所以所以所以所以D0XD0X峰位明显蓝峰位明显蓝峰位明显蓝峰位明显蓝移。移。移。移。通过加大通过加大O2流量消除自补偿的流量消除自补偿的方法，我们获得了方法，我们获得了p型型ZnO薄膜薄膜n-ZnO薄膜的变温PL谱 本征高阻和本征p型ZnO薄膜的生66本征高阻和本征本征高阻和本征p p型型ZnOZnO薄膜的生长研究薄膜的生长研究本征本征p-ZnOp-ZnO薄膜的变温薄膜的变温PLPL谱谱 l l相比之下，相比之下，p-ZnOp-ZnO薄膜的变温薄膜的变温PLPL谱与此有谱与此有所不同。所不同。l l当测试温度低于当测试温度低于260K260K时，时，在在在在PLPL谱中主要体谱中主要体谱中主要体谱中主要体现的是受主束缚激子现的是受主束缚激子现的是受主束缚激子现的是受主束缚激子(A(A0 0X)X)的发射峰。的发射峰。的发射峰。的发射峰。l l随着温度的降低，其发射峰强度也明显增随着温度的降低，其发射峰强度也明显增强，在强，在20K20K时，时，A A0 0X X峰蓝移至峰蓝移至370.6nm 370.6nm(3.346eV)(3.346eV)处。处。l l当温度小于当温度小于155K155K时，可以看到，时，可以看到，p-ZnOp-ZnO薄薄膜的膜的PLPL谱中，在紫光区出现了三个明显的发谱中，在紫光区出现了三个明显的发射带，在图射带，在图5(b)5(b)中分别以中分别以A A、B B、C C标明。标明。l l随着温度的降低，这三个发射带也发生蓝随着温度的降低，这三个发射带也发生蓝移。在移。在20K20K时，它们分别位于时，它们分别位于381.9nm 381.9nm(3.247eV)(3.247eV)、391.9nm(3.164eV)391.9nm(3.164eV)和和402.4nm(3.082eV)402.4nm(3.082eV)。根据文献对类似现象的根据文献对类似现象的根据文献对类似现象的根据文献对类似现象的报道和理论分析，可知发射带报道和理论分析，可知发射带报道和理论分析，可知发射带报道和理论分析，可知发射带C C来源于来源于来源于来源于V VZnZn。由此可以得出结论：我们制备的本征由此可以得出结论：我们制备的本征由此可以得出结论：我们制备的本征由此可以得出结论：我们制备的本征p-ZnOp-ZnO薄膜源自薄膜源自薄膜源自薄膜源自V VZnZn的产生。的产生。的产生。的产生。本征高阻和本征p型ZnO薄膜的生长研究本征p-ZnO薄膜的变67掺N:ZnO薄膜的室温PL谱,FWHM 87 meV,IUV/IDLE=136：12、掺杂、掺杂p型型ZnO薄膜的研究薄膜的研究 N掺杂ZnO薄膜的低温光荧光谱N2为掺杂源为掺杂源1 1）、）、N N掺杂掺杂p p型型ZnOZnO薄膜的研究薄膜的研究N掺杂掺杂 ZnO薄膜的薄膜的Raman谱谱掺N:ZnO薄膜的室温PL谱,FWHM 87 meV,68实验方案一：利用等离子实验方案一：利用等离子MOCVD设备，设备，利用利用NH3在相对较在相对较低的低温度下进行低的低温度下进行ZnO的的N掺杂，然后将掺杂，然后将ZnO:N的样品在的样品在N2O等离子气氛下高温下退火，等离子气氛下高温下退火，N2O的等离子体中既有的等离子体中既有N又又有有O，可以抑制因为高温而导致的，可以抑制因为高温而导致的ZnO中的中的N和和O的解吸付，的解吸付，这样就能起到对这样就能起到对ZnO:N薄膜的一种保护作用，从而制备出具薄膜的一种保护作用，从而制备出具有较高质量的有较高质量的p-ZnO:N薄膜。薄膜。实验方案二：利用等离子实验方案二：利用等离子MOCVD设备，设备，利用利用N2O离化作为离化作为氮参杂源，氮参杂源，制备制备p-ZnO:N薄膜。薄膜。2 2）、）、N N掺杂掺杂p p型型ZnOZnO薄膜的生长研究薄膜的生长研究实验方案一：利用等离子MOCVD设备，利用NH3在相对较低的69 实验表明，实验表明，在在O O2 2和和N N2 2O O中退火的中退火的ZnO:NZnO:N样品呈现出了弱样品呈现出了弱p p型型，而在而在N N2 2O O等离子中退火等离子中退火的的ZnO ZnO 的空穴浓度达到的空穴浓度达到10101717cmcm-3-3，这比在，这比在O O2 2中退火的样品载中退火的样品载流子浓度提高了两个数量级流子浓度提高了两个数量级。证明。证明N N2 2O O等离子等离子气氛高温退火确实可以起到保护气氛高温退火确实可以起到保护ZnO:NZnO:N薄膜的作用。薄膜的作用。p-ZnO:Np-ZnO:N薄膜的电学特性研究（方案一）薄膜的电学特性研究（方案一）实验表明，在O2和N2O中退火的ZnO:N样品呈现出70p-ZnO:Np-ZnO:N薄膜的电学特性研究（方案二）薄膜的电学特性研究（方案二）p-ZnO:N薄膜的电学特性研究（方案二）71l利用利用InP中的中的P在一定温度下会从体内扩散出来，从而进入到在一定温度下会从体内扩散出来，从而进入到ZnO薄膜中作为受主存在，从而实现薄膜中作为受主存在，从而实现p-ZnO薄膜的制备。薄膜的制备。l电学特性测试结果：迁移率为电学特性测试结果：迁移率为1.05cm2V-1s-1，载流子浓度为，载流子浓度为9.021017cm-3 电阻率为电阻率为 6.6cm。3）、）、P掺杂掺杂p型型ZnO薄膜的生长研究薄膜的生长研究ZnO:PZnO:P薄膜的薄膜的XRDXRD谱谱利用InP中的P在一定温度下会从体内扩散出来，从而进入到Zn72p-ZnO:P薄膜的光学特性研究薄膜的光学特性研究 从变温从变温PL谱我们可以发现，谱我们可以发现，样品存在多个同受主相关的样品存在多个同受主相关的发射峰（发射峰（A0X，FA和和DAP）。此外我们还发现了与）。此外我们还发现了与P相关的发相关的发射和射和P诱导生成的诱导生成的VZn发射。发射。通过温度相关的通过温度相关的FA发射峰位置和温度相关的发射峰位置和温度相关的A0X发射峰强度发射峰强度的关系曲线拟和，得到的关系曲线拟和，得到P相关受主束缚能为相关受主束缚能为123meV。p-ZnO:P薄膜的光学特性研究 从变温PL谱我73p-ZnO:P薄膜的薄膜的XPS研究研究 XPS测试显示：测试显示：InP衬底中的衬底中的P通过热作用扩散进入通过热作用扩散进入ZnO薄膜，其薄膜，其P 2s束缚能位置位于束缚能位置位于191.3 eV。该值同。该值同Zn3P2中中P-3离离子的子的P 2s峰位峰位(186.25 eV)相差较大，却同相差较大，却同P2O5中中P+5离子的离子的P 2s峰位峰位(192 eV)相当。由此我们认为相当。由此我们认为P扩散进入扩散进入ZnO薄膜取代薄膜取代Zn格点位置形成格点位置形成PZn。通过通过XPS和变温光致发光的分析，我们认为和变温光致发光的分析，我们认为PZn-2VZn复复合体是导致合体是导致ZnO呈呈p型导电的主要原因。型导电的主要原因。p-ZnO:P薄膜的XPS研究 XPS测试显示：74l方