论文纳米n—ZnOp—GaN异质结构的制备和特性是关于对写作GaN异质结构论文范文与课题研究的大学硕士、相关本科毕业论文GaN异质结构论文开题报告范文和相关文献综述及职称论文参考文献资料下载有帮助。
【摘 要】随着社会的发展,新材料器件越来越多的应用于社会生活中.论文在p-GaN衬底上利用水热法制备了n-ZnO/p-GaN异质结构,制备的ZnO具有多晶纤锌矿结构,在380nm具有明显的紫外发光峰,在正向偏压下,该结构发出蓝紫光.
【Abstract】With the development of society, new materials and devices are increasingly applied in daily life. In this paper, the n-ZnO / p-GaN heterostructures were prepared by hydrothermal method on the p-GaN substrate. The prepared ZnO had a polycrystalline wurtzite structure with obvious UV emission at 380 nm. Under forward voltage, the structure emits blue-violet light.
【关键词】氧化锌；氮化镓；异质结
【Keywords】 ZnO； GaN； heterojunction
【中图分类号】TN304 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）12-0152-02
1 引言
进入21世纪后,新材料技术的发展日新月异,以宽带隙半导体为代表的第三代半导体材料在能源、信息存储、照明等方面有着极为重要的应用.ZnO作为一种纤锌矿结构的宽带隙化合物半导体,激子束缚能高达60meV[1],十分适合短波长低阈值激光器的制备,而且ZnO的原材料易于获取,容易腐蚀且无毒,在器件工艺方面优势明显.尤其是其纳米晶体具有特殊的压电和光电特性,是当前材料科学研究中的热点之一.但是ZnO材料因其是本征的n型材料,自补偿效应十分明显,很难获得p型,因而在制作光电器件时多研究异质结构.GaN与ZnO具有相同的晶体结构,且3.40eV的带隙十分接近ZnO,并且p-GaN已经商业化,n-ZnO/p-GaN结构具有极大的应用潜力.本文利用水热法在p-GaN上制备ZnO纳米结构,并研究该异质结构的特性.
2 实验
本研究采用MOCVD生长的商用p-GaN作为衬底,利用水热法在其上生长ZnO纳米结构.在生长前,将p-GaN衬底依次利用丙酮、酒精、稀盐酸、去离子水超声清洗,清洗时间均是10min.将衬底放入磁控溅射中进行ZnO籽晶层的沉积,籽晶层厚度约15nm.随后进行ZnO纳米结构的生长：将衬底竖直浸入在摩尔比1：1的Zn（CH3COO）22H2O和C6H12N4混合溶液中,在95℃下生长5h.随后将样品取出,用去离子水将样品冲干净,用氮吹干.随后光刻出图形,然后在利用稀盐酸溶液对无掩模保护的ZnO进行湿法刻蚀,刻蚀至露出GaN衬底,吹干后送至电子束中进行Ni电极制备,最后洗去光刻胶.随后进行第二次光刻,在ZnO上制备出图形,在电子束中同样进行ZnO上Al电极的制备,洗去光刻胶,吹干后得到了n-ZnO/p-GaN异质结构,如图1所示.用掠入射XRD分析样品的结构特性,用室温PL谱表征样品的光学特性,EL谱用来测试样品的电学特性.
3 结果与分析
3.1 结构分析
图2是样品的XRD图,扫描范围为20～50o.由图中可知,样品为六角纤锌矿多晶结构,2θ等于31.850、34.540 、36.280分别对应的为 （100）、 （002） 、（101）晶面,其半峰宽（FWHM）分别是1.120、1.270、1.040.利用Scherer公式计算其晶粒尺寸： D等于0.9λ/Bcosθ,其中λ是X衍射Cuα的波长（0.154nm）,B是半峰宽,θ是衍射角.得到各晶面晶粒的尺寸分别是7.4nm,6.55nm,8.03nm,表明晶粒的尺寸在6～8nm之间.
图3是样品的PL图,由图中可知,样品具有一个很强的近紫外发光峰,其峰位在380nm附近,一般認为是由ZnO的激子辐射复合产生的.在550～650nm有一个较弱的可见光发光带,通常被认为是由缺陷发光引起的.样品具有很高的紫外可见比,说明具有很好的光学性质.
3.3 电学性质
在样品的GaN电极上加上正电压,在ZnO面电极上加上负电压,样品略微发出蓝紫光,峰位在415nm左右,一般认为是来源于GaN中与Mg能级相关的DAP对[2],分析主要原因在于n-ZnO的载流子的浓度（1019cm-3）要远高于p-GaN中载流子的浓度（1017cm-3）,导致电子很容易进入GaN中发光,而空穴则很难进入到ZnO中实现ZnO的发光.因此,可以在二者之间设计一个阻挡层,使得电子向GaN中注入的势垒要高于空穴向ZnO中注入的势垒,将电子阻挡在ZnO中,实现ZnO的电致发光.设计一个带隙为3.9eV的AlGaN阻挡层,利用Anderson模型,在n-ZnO/AlGaN/p-GaN异质结中有：ΔEC等于xZnO-xAlGaN等于0.47eV,对于AlGaN/p-GaN结则有： ΔEV等于 EgGaN+xGaN- Eg AGaN-xAlGaN等于0.05eV.结果说明,对于电子的导带势垒比对于空穴的价带势垒大得多,从抑制了电子向p-GaN中的注入,并使得p-GaN中空穴注入n-ZnO中,实现ZnO层激子发光.
4 结语
本文利用水热法在p-GaN上生长了纳米n-ZnO/p-GaN异质结构.n-ZnO结构对应了（100）、 （002） 、（101）三个晶面,为多晶结构,其晶粒尺寸在6～8nm之间,样品具有很强的紫外可见比.加上正向偏压后,由于n-ZnO电子浓度太大,主要在p-GaN中发光,若在二者间加入AlGaN阻挡层,则实现电子的导带势垒比对于空穴的价带势垒大得多,抑制了电子向p-GaN中的注入,实现ZnO层激子发光.
【参考文献】
【1】Tang Z K, Wong G K L, Yu P. Room-temperature ultriolet laser emission from self-assembled ZnO microcrystalline thin films [J]. Appl.Phys.Lett,1998,72（25）：3270-3272.
【2】Jiao S J, Lu Y M, Shen D Z, et al. Ultriolet electroluminescence of ZnO based heterojunction light-emitting diode [J]. Phys. Status Solidi（c）,2006（3）：972-975.
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参考文献：
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