p型ZnNiO材料的MOCVD法制备、调制与掺杂问题研究

ZnO是近年来发展起来的新型宽禁带半导体光电功能材料，在蓝紫光发光器件、表面声波器件、压电器件等方面具有很大的应用潜力。未掺杂的ZnO呈n型，具有强烈的自补偿效应。这为它的有效p型掺杂造成了很大的困难。目前，该类研究已经取得了一定的进展，但是如何有效减弱其自补偿效应、寻找到合适的受主掺杂源的问题并没有得到彻底解决。为此，我们提出利用MOCVD法在ZnO中加入NiO材料制备成合金。在不改变原六方晶系结构的前提下，利用NiO内大量的本征受主缺陷对ZnO材料内的本征施主缺陷进行有效的补偿。并在此基础上，对ZnNiO材料进行锂元素掺杂实验。利用锂原子同时占据晶格中Zn和Ni原子的格位，形成大量有效的受主杂质，进而提高材料的掺杂效率。同时，利用光辅助系统，有效的缓解在NiO材料加入过程中造成的材料的晶体质量下降。该项研究将为今后我们研制ZnO系发光器件打下坚实的基础。

ZnO是近年来发展起来的新型宽禁带半导体光电功能材料，在蓝紫光发光器件、表面声波器件等方面具有很大的应用潜力。未掺杂的ZnO呈n型，具有强烈的自补偿效应。这为它的有效的p型掺杂造成了很大的困难。目前，该类研究虽已经取得了一定的进展，但是如何有效减弱其自补偿效应、寻找到理想的受主掺杂源的问题并没有得到彻底解决。为解决此问题，我们提出利用光辅助MOCVD法在ZnO中加入NiO材料制备成合金。在不改变原六方晶系结构的前提下，利用NiO内部大量的本征受主缺陷对ZnO材料内的本征施主缺陷进行有效的补偿。具体工作如下：. (1)我们利用MOCVD技术，制备出了ZnNiO的合金材料并对制备条件进行了优化。得到了适合ZnNiO材料生长的最佳条件的参数，获得了较高质量的ZnNiO材料薄膜。我们研究了Ni元素组分变化对材料内部晶格结构的影响，包括晶格受力，晶格畸变等；并总结出了这种变化的规律。我们获得了合金材料的六方晶系、六方/立方混溶晶系、立方晶系之间的组分边界条件。并对该边界条件受制备温度影响的程度进行了评估。.　　　(2)研究了NiO材料对ZnO内部本征施主缺陷的补偿效果。分析了ZnO与NiO材料内部本征缺陷的种类与导电机理，评估了利用NiO材料补偿ZnO内部本征施主缺陷的可行性。定量的研究了Ni元素组分对材料的电导率、载流子浓度、迁移率等电学性质的调制效果。总结出了材料电学特性受Ni元素组分影响的内在机理，评估了材料内的本征受主缺陷对原ZnO材料内施主缺陷的补偿效果。总结出了该效果产生的规律，并利用该规律制备了弱p型的ZnNiO薄膜，实现了载流子浓度的可控。. (3)以正丁基锂为主要掺杂源，对本征调制后的合金材料在生长过程中进行同步掺杂。定量研究了锂的掺杂量对材料的电学特性的影响。最终使材料的电阻率降至10Ω•cm以内，相应的载流子浓度升高至1018cm-3量级。可见，Li元素的掺杂对于p型ZnNiO材料的获得起到了重要的作用。同时，我们发现，随着掺杂量的增加，材料的晶体质量开始下降。所以，该掺杂是不能够无限量的增加的。获得稳定的p型ZnNiO材料是制备ZnNiO基的相关器件的重要基础。. （4）在此基础上，我们还利用ZnNiO、ZnO、NiO薄膜材料，通过光刻、热蒸发电极等后期工艺，初步制备了一些原形发光器件。并对器件的电致发光性能等性质进行初步研究。