ZnO薄膜在Si(100)襯底上的制備及性能研究.pdf

1、近年來(lái)，氧化鋅(ZnO)是繼氮化鎵(GaN)和碳化硅(SIC)后，受到廣泛研究的新型寬禁帶半導(dǎo)體材料，ZnO基半導(dǎo)體由于具有較寬的禁帶寬度(3.37eV)和較大的激子束縛能(60meV)等特點(diǎn)，使得其在發(fā)光二極管和激光器等諸多器件中有著明顯的優(yōu)勢(shì)，正因?yàn)槿绱耍云涓哔|(zhì)量ZnO單晶薄膜的制備為當(dāng)今半導(dǎo)體研究的熱點(diǎn)。
　　本文在硅襯底Si(100)-2×1再構(gòu)的基礎(chǔ)上，利用分子束外延(MBE)在硅襯底上生長(zhǎng)ZnO薄膜，通過(guò)引入超晶格

2、ZnO/MgO緩沖層、超晶格ZnO/ZnMgO緩沖層、超晶格MgO/ZnMgO緩沖層、改變氧功率以及生長(zhǎng)氣壓等條件，探討調(diào)控ZnO薄膜晶體結(jié)構(gòu)和提高ZnO薄膜質(zhì)量的方法。首先利用超晶格ZnO/MgO作為緩沖層，分析在硅襯底Si(100)-2×1上生長(zhǎng)ZnO薄膜的形貌結(jié)構(gòu)特性，發(fā)現(xiàn)ZnO/MgO超晶格緩沖層第一層的不同對(duì)ZnO的薄膜質(zhì)量和晶體結(jié)構(gòu)有著不同的影響作用，第一層是MgO的ZnO/MgO超晶格緩沖層有利于纖鋅礦ZnO薄膜的形成;而

3、第一層為ZnO的ZnO/MgO超晶格緩沖層有利于閃鋅礦ZnO薄膜的形成，且其薄膜質(zhì)量更好，其樣品ZnO表面的晶粒尺寸更大更均勻，光學(xué)性質(zhì)也更好。為了進(jìn)一步研究ZnO薄膜的晶體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定情況，對(duì)于ZnO/MgO超晶格緩沖層先生長(zhǎng)ZnO的樣品，我們?cè)诓煌臅r(shí)間對(duì)其進(jìn)行X射線衍射測(cè)試(XRD)和光致發(fā)光測(cè)試(PL)，發(fā)現(xiàn)閃鋅礦結(jié)構(gòu)ZnO會(huì)不斷的向纖鋅礦結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，其相關(guān)光致發(fā)光譜也發(fā)生了變化。
　　其次，在同樣的生長(zhǎng)條件下生長(zhǎng)了以ZnO/

4、ZnMgO超晶格作為緩沖層的兩個(gè)樣品，分析超晶格ZnO/ZnMgO作為緩沖層對(duì)ZnO薄膜質(zhì)量的影響，發(fā)現(xiàn)超晶格緩沖層的第一層不同，其ZnO薄膜的質(zhì)量也存在很大的差異。對(duì)于ZnO作為第一層的樣品薄膜質(zhì)量相比于用ZnMgO作為第一層生長(zhǎng)出來(lái)的ZnO薄膜晶體質(zhì)量更好，而且出現(xiàn)了規(guī)則并均勻的六角纖鋅礦結(jié)構(gòu)ZnO。在先生長(zhǎng)ZnO的ZnO/ZnMgO超晶格作為緩沖層的樣品的基礎(chǔ)上，我們通過(guò)改變其氧功率和生長(zhǎng)氣壓，分析氧功率和生長(zhǎng)氣壓對(duì)ZnO薄膜質(zhì)量

5、的影響，發(fā)現(xiàn)適當(dāng)?shù)奶岣哐豕β屎蜕L(zhǎng)氣壓有助于提高ZnO薄膜的晶體質(zhì)量。
　　再者，為了進(jìn)一步探究MgO/ZnMgO超晶格緩沖層對(duì)ZnO薄膜的影響情況，所以我們?cè)谕瑯拥纳L(zhǎng)條件下，還生長(zhǎng)了以MgO/ZnMgO超晶格作為緩沖層的兩個(gè)樣品，其差別也是只是首層的順序不同，分別先長(zhǎng)MgO和ZnMgO，同樣發(fā)現(xiàn)對(duì)于不同的首層生長(zhǎng)出的ZnO薄膜的表面形貌有著很大的差異，但是由于此組超晶格結(jié)構(gòu)的Mg的組分較大，從XRD圖可以看出除了閃鋅礦ZnO(