MOCVD法制備Mg-,x-Zn-,1-x-O薄膜及其熱穩(wěn)定性研究.pdf

1、Zn1—xMgxO是一種新型Ⅱ—Ⅵ族寬禁帶三元化合物半導(dǎo)體材料。在兼顧ZnO、MgO材料性能的同時，具有帶隙連續(xù)可調(diào)的特點(diǎn)。這種材料可與ZnO一起組成異質(zhì)結(jié)、量子阱和超晶格，這不但能極大地提高ZnO的發(fā)光效率，而且能對材料的發(fā)光特性進(jìn)行調(diào)制。隨Mg含量不同，MgxZn1—xO可偏向某一晶格結(jié)構(gòu)，Mg含量<37％為六角晶體結(jié)構(gòu)（晶格常數(shù)與ZnO接近，a略有增加，c略有減?。?，>62％為立方晶體結(jié)構(gòu)（晶格常數(shù)與MgO相近，a略有減小），在二

2、者之間為混合相。 本文使用MOCVD方法，利用N2氣作為輸運(yùn)介質(zhì)在Al2O3（1120）襯底上生長了一系列不同Mg濃度的MgxZn1—xO薄膜。以X射線光電子能譜（XPS）、X射線衍射譜（XRD）、吸收光譜、光致發(fā)光光譜（PL）為表征手段，研究了不同Mg含量對MgxZn1—xO薄膜的結(jié)構(gòu)性質(zhì)和光學(xué)性質(zhì)的影響。并選擇高M(jìn)g含量（53％）的MgxZn1—xO六方相薄膜在200-1000℃O2氣氛中進(jìn)行快速熱退火，研究其結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)

3、的熱穩(wěn)定性。 實驗表明：獲得的MgxZn1—xO薄膜即使在較高的Mg含量下仍以纖鋅礦結(jié)構(gòu)為主。當(dāng)Mg的百分含量超過38％時，MgxZn1—xO薄膜的結(jié)構(gòu)是不穩(wěn)定的，容易發(fā)生六方相和立方相的分離。Mg的摻入具有帶隙調(diào)制的作用，能夠引起吸收邊和光致發(fā)光峰的位置向高能側(cè)移動，在Mg含量較高時，其發(fā)光由導(dǎo)帶底的局域發(fā)光中心控制，發(fā)光峰受局域態(tài)能量和缺陷態(tài)能量雙重影響。 對高M(jìn)g組分六方相MgxZn1—xO薄膜在不同溫度下進(jìn)行快速

4、熱處理之后其結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)的變化的研究表明：在溫度低于400℃時，變化不明顯。500℃以上時，可以觀察到立方相的XRD信號，吸收和發(fā)光光譜證實六角相的MgxZn1—xO逐漸減少，說明MgZn1—xO出現(xiàn)了由六角相向立方相的轉(zhuǎn)變。退火溫度達(dá)到900-1000℃時，這種現(xiàn)象變得更為明顯，大量的立方相MgxZn1—xO包覆了六角相的MgxZn1—xO形成了一維類量子阱結(jié)構(gòu)，同時產(chǎn)生了大量的缺陷。對300℃退火樣品進(jìn)行變溫測試，闡述了MgxZn