MgO(111)襯底上ZnO薄膜的生長(zhǎng)和性能.pdf

1、半導(dǎo)體ZnO室溫下的禁帶寬度為3.37eV，激子束縛能高達(dá)60meV，使其在紫外發(fā)光二極管、太陽能電池和激光器等方面有著廣泛的應(yīng)用前景，成為繼GaN之后受到廣泛研究的第三代寬禁帶直接帶隙半導(dǎo)體材料，納米半導(dǎo)體材料制備工藝決定著材料的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，是高性能器件的基礎(chǔ)，如何制備高質(zhì)量的單晶ZnO薄膜已成為當(dāng)前材料研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。
　　本文利用分子束外延(MBE)技術(shù)在單晶MgO(111)襯底上生長(zhǎng)ZnO薄膜，通過引入ZnO同質(zhì)緩沖層，系

2、統(tǒng)研究了ZnO薄膜的外延生長(zhǎng)和結(jié)構(gòu)及其電學(xué)特性。由于ZnO(0001)跟MgO(111)襯底具有相同的正六邊形結(jié)構(gòu)，ZnO薄膜為沿C軸單域高取向生長(zhǎng)，RHEED和X射線衍射極圖確定外延關(guān)系為ZnO[1-210]//MgO[1-10]和ZnO[1-100]//MgO[11-2]以及ZnO(001)//MgO(111);TEM結(jié)果印證上述外延關(guān)系并且發(fā)現(xiàn)ZnO-MgO界面有較多的位錯(cuò)，在生長(zhǎng)過程中Zn原子滲透到MgO層大概60nm的深度，而

3、Mg原子并未滲透到ZnO層;ZnO薄膜中O-K邊的“軟”XAFS表明，極性面沿著[0001]方向生長(zhǎng)，Zn-K邊“硬”EXAFS發(fā)現(xiàn)Zn-O和Zn-Zn化學(xué)鍵長(zhǎng)比體材料略小，表明納米尺度的化學(xué)鍵能比體材料大。同時(shí)，引入同質(zhì)緩沖層優(yōu)化了ZnO薄膜的晶體質(zhì)量和光學(xué)性能，XRD搖擺曲線半高寬最小，對(duì)應(yīng)螺位錯(cuò)密度最小，PL結(jié)果表明在380nm處具有很強(qiáng)的近帶邊發(fā)射，未見可見光，優(yōu)異的光學(xué)性能在材料制備后7個(gè)月仍能再現(xiàn)。
　　本文還通過實(shí)驗(yàn)