復(fù)摻雜與高溫退火對(duì)ZnO薄膜的結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)的影響研究.pdf

1、ZnO是一種重要的直接寬帶隙半導(dǎo)體材料。激子束縛能高達(dá)60meV，比室溫?zé)犭x化能26meV高很多，激子不易發(fā)生熱離化，因而易于實(shí)現(xiàn)高效率的激光發(fā)射，是制備短波長(zhǎng)發(fā)光器件的理想材料。對(duì)于一種發(fā)光材料，研究如何改善其發(fā)光性能對(duì)提高器件的發(fā)光效率具有非常重要的意義。而摻雜是影響半導(dǎo)體ZnO薄膜發(fā)光特性的主要手段之一。目前，單一元素?fù)诫s的ZnO薄膜已被廣泛研究了，而對(duì)其進(jìn)行復(fù)摻雜的研究還比較少。 在本論文中，為了研究ZnO薄膜的發(fā)光機(jī)制

2、和復(fù)摻雜對(duì)ZnO薄膜的結(jié)構(gòu)與光學(xué)性質(zhì)的影響，我們對(duì)ZnO薄膜進(jìn)行了高溫退火與復(fù)摻雜處理。研究發(fā)現(xiàn)，在同樣高溫850℃下退火下，利用電子束蒸發(fā)法在TiO2緩沖層上生長(zhǎng)的ZnO薄膜與直接在單晶Si襯底上生長(zhǎng)的ZnO薄膜表現(xiàn)出了不同的發(fā)光行為：后者不但比前者的綠光發(fā)射要弱，還出現(xiàn)了紫光和藍(lán)光發(fā)射。這可能與TiO2緩沖層和ZnO薄膜之間的原子互擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)有關(guān)。這項(xiàng)研究結(jié)果表明：ZnO薄膜的綠光發(fā)射可能主要與ZnO薄膜中的氧空位缺陷有關(guān)，紫光發(fā)射與

3、界面陷阱有關(guān)，而藍(lán)光發(fā)射可能與ZnO薄膜中的Zn間隙、Ti間隙等缺陷有關(guān)。研究還發(fā)現(xiàn)，對(duì)于溶膠-凝膠法在石英玻璃襯底上生長(zhǎng)的Mg-Fe復(fù)摻雜的ZnO薄膜，1％Mg和1％Fe復(fù)摻雜的ZnO薄膜的結(jié)晶質(zhì)量提高了，但當(dāng)Fe的摻雜濃度進(jìn)一步提高時(shí)，ZnO薄膜的結(jié)晶質(zhì)量又下降了，而且紫外發(fā)射性能也減弱了，但藍(lán)光發(fā)射卻增強(qiáng)了。這可能是因?yàn)檩^高濃度Fe摻雜導(dǎo)致ZnO的晶格畸變加重，薄膜內(nèi)應(yīng)力增加，致使ZnO薄膜結(jié)晶質(zhì)量下降；ZnO薄膜中出現(xiàn)了更多的間