Estudio de películas delgadas transparentes conductoras p de MgZnOS y fotodetector ultravioleta autoalimentado basado en unión p-n

GUO Ziman ,  

WANG Yang ,  

LIU Yang ,  

ZHANG Teng ,  

CHEN Jian ,  

LU Yinmei ,  

HE Yunbin ,  

摘要

Ante la dificultad del dopaje tipo p del semiconductor ZnO puro, se propone un nuevo enfoque basado en la sustitución conjunta de iones negativos (S2-) y positivos (Mg2+) para la regulación sinérgica de la estructura de bandas electrónicas del aleación ZnO, efectuando dopaje aceptor con N. Se prepararon con éxito películas delgadas conductoras transparentes p de MgZnOS dopadas con N mediante deposición por láser pulsado. Se analizaron la estructura cristalina, propiedades optoelectrónicas y composición química de las películas mediante difracción de rayos X, espectroscopía de transmisión, efecto Hall, espectroscopía fotoelectrónica de rayos X y espectrometría de iones secundarios. Los resultados experimentales muestran que las películas MgZnOS∶N preparadas tienen una estructura wurtzita hexagonal, con preferencia de crecimiento en la dirección del eje c. La transmitancia de las películas en la región ultravioleta-visible-infrarroja cercana supera el 80%, y el dopaje con Mg amplía significativamente la brecha óptica de banda de las películas de aleación ZnO. El contenido de Mg y S en las películas conductoras p preparadas son de 9% y 25% respectivamente, la concentración de huecos es de 2.02×1019 cm-3, la movilidad de Hall es de 0.25 cm2/(V∙s), y la resistividad es de 1.24 Ω∙cm. Sobre la base de la exitosa preparación de las películas p-MgZnOS∶N, se diseñó y fabricó un nuevo fotodetector ultravioleta autoalimentado de tipo p-n quasi-homojunción p-MgZnOS∶N/n-ZnO. El dispositivo presenta características de rectificación diodo típicas (voltaje de umbral alrededor de 1.21 V) y muestra una respuesta UV autoalimentada estable a polarización 0 V, con una sensibilidad máxima de 2.26 mA/W (longitud de onda 350 nm). El análisis sugiere que esta respuesta fotovoltaica autoalimentada procede de la separación efectiva y transporte de los portadores fotogenerados por el campo eléctrico interno de la unión p-n. Este estudio puede proporcionar una referencia valiosa para la investigación del dopaje tipo p en ZnO, y es importante para el desarrollo de dispositivos optoelectrónicos de alto rendimiento completamente basados en ZnO.

关键词

deposición por láser pulsado;dopaje tipo p;MgZnOS;unión p-n

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