半导体薄膜与纳米材料研究组

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p型ZnO简介

ZnO是一种重要的新型宽禁带氧化物半导体材料,具有直接带隙能带结构,室温禁带宽度为3.37eV。ZnO具有大的激子束缚能(60meV),高于其它 宽禁带半导体材料(例如GaN为25mev,ZnSe为22meV),也高于室温热能(~26meV)。ZnO的激子在室温下能够稳定存在,可以实现室温或更高温度下激子-激子碰撞的受激辐射,相对于电子-空穴等离子体受激辐射而言,所需的激射阈值更低,所以是制备室温紫外半导体激光器的理想半导体材料。

除了光学性能方面的优点,ZnO还具有无毒、热稳定性好、抗辐射性能高、原料丰富成本低、拥有完备的带隙宽度调节合金体系(ZnxMg1-xO和ZnxCd1-xO)等优点。

由于ZnO晶体存在诸多本征缺陷(Zni、Vo等)和H点缺陷形成受主的补偿,受主杂质在ZnO中固溶度较低,以及大多数受主能级位置较深等原因,制备性能良好且稳定的p-ZnO薄膜一直以来是研究重点和难点。但我们坚信p型掺杂问题是可以攻克的,与当年GaN实现p型掺杂一样。

ZnO实现p型掺杂有两大类元素,一类是VA族N元素为代表,N原子最外层有5个电子;由于O原子最外层有6个电子,N替代O,产生空穴,实现p型掺杂。但N在ZnO固溶度较低,如何提高N的固溶度,这需要创新思路。另一类是IA族Li和Na元素为代表,Li和Na原子最外层只有1个电子,由于Zn原子最外层有2个电子,Li和Na替代了Zn,也能产生空穴,实现p型掺杂,这也是我们正在探索的。