緩沖層結(jié)晶性對(duì)ZnO薄膜性質(zhì)的作用機(jī)制研究.pdf

1、氧化鋅是由Ⅱ-Ⅵ族元素構(gòu)成的，具有六方對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)的新一代寬禁帶化合物半導(dǎo)體材料。穩(wěn)態(tài)條件下，導(dǎo)帶底與價(jià)帶頂之間能量差值約為3.37eV，激子束縛能為60meV，在室溫條件下就能夠?qū)崿F(xiàn)激子發(fā)射?；谘趸\材料諸多的結(jié)構(gòu)特性，使其有望在短波長(zhǎng)器件，半導(dǎo)體激光器件以及探測(cè)器件等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。異質(zhì)外延生長(zhǎng)氧化鋅薄膜材料時(shí)，由于氧化鋅與襯底材料晶格常數(shù)不同造成的晶格不匹配，使得氧化鋅薄膜的晶體結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出多晶態(tài)或者非晶態(tài)，因此，異質(zhì)外延氧化鋅薄

2、的晶體質(zhì)量、發(fā)光效率以及器件的穩(wěn)定性較差。我們通過(guò)在外延生長(zhǎng)氧化鋅薄膜前，先在襯底材料表面上生長(zhǎng)一層較薄的氧化鋅緩沖層，研究了氮?dú)夥諊懈邷赝嘶鹛幚韺?duì)緩沖層性質(zhì)的影響以及緩沖層對(duì)二次生長(zhǎng)的外延氧化鋅薄膜的結(jié)晶質(zhì)量、電學(xué)性質(zhì)、光學(xué)性質(zhì)和表面形貌特性的作用機(jī)制。
　　本文中采用了等離子增強(qiáng)MOCVD-Ⅱ型設(shè)備，首先在c面藍(lán)寶石襯底上直接外延生長(zhǎng)氧化鋅薄膜，利用X射線衍射儀、光致發(fā)光譜和原子力顯微鏡等設(shè)備對(duì)直接外延氧化鋅薄膜材料進(jìn)行表征

3、與分析，以便在后續(xù)實(shí)驗(yàn)中與在緩沖層上外延生長(zhǎng)的氧化鋅薄膜進(jìn)行對(duì)比研究。之后，在與直接外延氧化鋅薄膜同樣的條件下，在藍(lán)寶石襯底上制備了一層較薄的氧化鋅緩沖層，并在氮?dú)獾姆諊鷥?nèi)對(duì)其進(jìn)行高溫退火。我們通過(guò)X射線衍射儀對(duì)其的結(jié)晶特性進(jìn)行表征，分析發(fā)現(xiàn)退火可以有效的改善緩沖層的結(jié)晶性質(zhì)，并得到了一個(gè)最優(yōu)化退火溫度900℃，在此溫度下退火緩沖層內(nèi)晶體的C軸取向生長(zhǎng)特性最好。通過(guò)光致發(fā)光譜的分析，隨著退火溫度的升高，紫外深能級(jí)強(qiáng)度比顯著下降，且當(dāng)溫度

4、達(dá)到1000℃時(shí)，在光致發(fā)光譜觀察不到明顯的氧化鋅發(fā)光峰，說(shuō)明高溫退火使得緩沖層的光學(xué)特性降低。通過(guò)霍爾測(cè)試儀對(duì)緩沖層電學(xué)特性分析發(fā)現(xiàn)，氧化鋅薄膜呈現(xiàn)高阻狀態(tài)，我們認(rèn)為這是由于溫度過(guò)高使得氧化鋅分解較多和晶界的作用影響了載流子的正常傳輸，因而緩沖層電阻較大。最后，我們?cè)诰彌_層樣品上外延生長(zhǎng)氧化鋅薄膜，通過(guò)測(cè)試分析發(fā)現(xiàn)，薄膜的結(jié)晶質(zhì)量、光學(xué)特性、電學(xué)特性以及表面形貌特性都得到了明顯的改善與提高。并且在經(jīng)最優(yōu)化退火溫度處理的緩沖層上外延的氧