非極性ZnO和ZnMgO薄膜的MOCVD法制備及性能研究.pdf

1、極性ZnO基異質(zhì)結(jié)中存在自發(fā)極化和壓電極化現(xiàn)象，將會導致器件發(fā)光效率降低和發(fā)光波長紅移。為了消除極性ZnO基材料中存在的極化現(xiàn)象，有必要對非極性ZnO基材料進行研究。非極性ZnO和ZnMgO薄膜作為非極性ZnO/ZnMgO異質(zhì)結(jié)的基礎材料，其晶體結(jié)構(gòu)質(zhì)量和光電性能成為影響非極性ZnO基器件的重要因素。
　　 本文采用金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)法在MgO(100)襯底上制備非極性ZnO薄膜和ZnMgO薄膜，并以極性ZnO基

2、薄膜作為對比參照，研究不同生長參數(shù)對薄膜生長取向和光電性能的影響。目前還未見有關MgO(100)襯底上生長非極性ZnMgO薄膜的報道，因此本文的研究工作對推進非極性ZnO基異質(zhì)結(jié)的發(fā)展具有重要意義。
　　 本文首先在不同襯底上成功制備極性ZnO薄膜，以作為非極性ZnO基薄膜的對比參照。研究發(fā)現(xiàn)MgO(111)襯底可以用于極性ZnO基薄膜的生長，且相較于傳統(tǒng)Si襯底，制備得到的薄膜XRD圖中單位膜厚對應的極性峰峰強更強、半高寬更小

3、且沿c軸方向的晶粒尺寸更大，因此其晶體質(zhì)量更好。
　　 其次，在MgO(100)襯底上制備非極性ZnO薄膜，發(fā)現(xiàn)當通入生長室的Zn源流量和O源流量的比例為15:30時，薄膜顯示的非極性取向最強，本文通過理論解釋了這一現(xiàn)象發(fā)生的根本原因，為MOCVD法生長非極性薄膜時控制源流量提供有用借鑒。非極性ZnO薄膜800℃退火后非極性取向增強但相應光學質(zhì)量下降，說明退火處理不一定能同時增強薄膜非極性取向和光學質(zhì)量。
　　 最后，在

4、MgO(100)襯底上生長非極性ZnMgO薄膜。襯底溫度為400℃時制備得到的單一取向非極性ZnMgO薄膜具有良好的單晶性，且這是首次在MgO襯底上得到非極性單晶ZnMgO薄膜。該薄膜表面形貌為條紋狀結(jié)構(gòu)，樣品中Mg含量為3 at.％。為分析不同緩沖層對ZnMgO薄膜非極性強弱及Mg含量的影響，薄膜生長前預先在MgO(100)襯底上沉積緩沖層。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，選用MgO為緩沖層時，更有利于ZnMgO薄膜沿非極性取向生長；若要有效促進Mg的摻入