硅化鎂LED材料的制備與器件的設計研究.pdf

1、環(huán)境友好型半導體材料硅化鎂（Mg2Si）是一種窄帶隙間接半導體材料。目前，微電子行業(yè)主要基于Si材料進行應用，在Si襯底上生長Mg2Si薄膜的工藝，可以很好地與Si工藝兼容，因此Mg2Si/Si異質結結構具有重大的研究價值。
　　本文采用磁控濺射方法分別在Si襯底、絕緣襯底上制備環(huán)境友好型Mg2Si薄膜，研究濺射Mg膜厚度對Mg2Si薄膜質量的影響，在此基礎上圍繞Mg2Si基異質結LED器件制備工藝進行研究，并對Mg2Si薄膜的電

2、學、光學性質進行研究。
　　首先，在室溫下采用磁控濺射方法，在Si襯底上沉積Mg膜，絕緣玻璃襯底上沉積Si膜和Mg膜，然后在低真空（10-1Pa-10-2Pa）氛圍下進行熱處理制備Mg2Si薄膜。XRD、SEM結果表明，400℃下退火4h，制備出單一相的Mg2Si薄膜，且制備的Mg2Si薄膜晶粒致密、均勻和連續(xù)，表面平整，結晶度良好。
　　其次，研究了Mg膜厚度對Mg2Si半導體薄膜生長的影響及Mg膜厚度與退火后生成的Mg2

3、Si薄膜厚度之間的關系。結果表明，Mg膜厚度在2.52μm、2.72μm時，表現(xiàn)出了良好的結晶度和平整度，Mg2Si薄膜的厚度隨Mg厚度的增加而增加，約為Mg厚度的0.9-1.1倍。該研究將對以Mg2Si薄膜為基設計器件起重要指導作用。
　　最后，研究了Mg2Si基異質結發(fā)光器件的制備，在Si襯底上制備了Mg2Si/Si、Si/Mg2Si/Si異質結LED器件，采用四探針測試系統(tǒng)、半導體特性分析儀、穩(wěn)態(tài)/瞬態(tài)熒光光譜儀等設備對Mg

4、2Si/Si、Si/Mg2Si/Si異質結進行電學、光學性質研究。結果表明：Mg2Si薄膜的電阻率和方塊電阻隨著Mg2Si厚度的增加而減??；Mg2Si/Si、Si/Mg2Si/Si異質結表現(xiàn)出了較好的單向導通特性，且Si/Mg2Si/Si雙異質結結構的導通電壓比較大，約為3 V；Mg2Si/n-Si異質結器件在波長為1346 nm時，光致發(fā)光強度最大。在絕緣襯底上制備的Mg2Si薄膜，在波長為1346 nm時，光致發(fā)光強度最大；對比不同