氧化鋅摻雜改質與奈米結構之製程與光電特性研究-氧化鋅光電半導體能隙調整及磊晶成長研究(I)

Abstract

ZnO 寬能隙氧化物半導體(Eg = 3.37 eV)，具有優越的光電特性。在光電元件應用上之 半導體材料，必須具有磊晶與能隙調整兩者之材料成長之技術。在ZnO 能隙調整方面， 一般以添加CdO(Eg = 2.2 eV) 使能隙降低，添加MgO(Eg ~ 7.8 eV)使能隙增大，然而 Cd 為有毒之物質，加入MgO 只能增至~ 4.0 eV。本計畫擬研究替代之物質，使能隙能 從2.8 eV –4.5 eV，如此可強化ZnO 在光電元件的應用。根據相圖、晶體結構、離子 尺寸與能隙等因素，初步分析以CuO(Eg = 1.3-1.7 eV)、Cu2O (Eg ~ 2 eV)、CoO (Eg = 2.7 eV)、FeO(Eg = 2 eV)、PdO(Eg ~0.8- 2.6 eV)、VO(Eg = 0.3 eV)加入ZnO 或ZnCoO 最有 可能降低能隙；加入CaO(Eg = 6.9-7.2 eV)、BaO(Eg =4.0-6.5 eV)、SrO(Eg = 5.7 eV)、 Al2O3(Eg = 8.8 eV)加入至ZnO 或是ZnMgO 中可調高能隙。磊晶是光電元件製程中極其 重要的關鍵，本計畫擬以三年時間研究上述能隙調整氧化物半導體之磊晶製程，第一 年與第二年採用雷射蒸鍍法(pulsed laser deposition，PLD)，找出合適之組成，第二年以 化學氣相沉積法(CVD)進行ZnMgO 三元系列之磊晶鍍膜，第三年研究ZnCoO、ZnFeO、 ZnMXO (M=Co, Mg；低能隙X = Cu, Fe, Pd, V； 高能隙X = Ca, Ba, Sr, Al,Ga) 四元 系列之磊晶CVD 鍍膜。除此之外，將研究CVD 沉積過程中孕核與成長對磊晶、缺陷 形成與性質的影響。