反應(yīng)磁控濺射ZnO薄膜多量子阱及合金特性研究.pdf

1、氧化鋅(znO)是新一代的Ⅱ-Ⅵ族寬帶半導(dǎo)體材料，具有纖鋅礦晶體結(jié)構(gòu)，禁帶寬度為3.37 eV，激子束縛能為60 meV，可以實(shí)現(xiàn)室溫下的受激發(fā)射。ZnO薄膜具有良好的透明導(dǎo)電性、壓電性、光電性、壓敏性，并且易于與多種半導(dǎo)體材料實(shí)現(xiàn)集成化。因此，ZnO材料具有廣泛的應(yīng)用，可以制成表面聲波諧振器，壓電器件，透明導(dǎo)電膜以及GaN藍(lán)光薄膜的過渡層等。在ZnO光電特性研究中，人們關(guān)注薄膜的實(shí)用化，目前ZnO研究領(lǐng)域的關(guān)注焦點(diǎn)是ZnO結(jié)型器件的制

2、備。而要實(shí)現(xiàn)制備器件的目標(biāo)，需要對ZnO實(shí)現(xiàn)可靠的p型摻雜，還要有效地調(diào)節(jié)ZnO能帶。 本文采用RF反應(yīng)磁控濺射方法在Si(001)、Si(111)和石英襯底上生長了ZnO/MgO多量子阱以及Zn<,1-x>Mg<,x>O及Zn<,1-x>Cd<,x>O合金薄膜。利用X-射線衍射、電子探針、透射光譜和光致熒光光譜對薄膜的結(jié)構(gòu)、成分和光學(xué)特性進(jìn)行了檢測與分析。論文分為以下兩個部分： Ⅰ采用反應(yīng)射頻磁控濺射方法，在Si(10

3、0)基片上制備了具有高c軸擇優(yōu)取向的ZnO/MgO多量子阱。利用X-射線反射、X-射線衍射、電子探針和光致熒光光譜等表征技術(shù)，研究了ZnO/MgO多量子阱的結(jié)構(gòu)、成份和光致熒光特性。多量子阱的調(diào)制周期在1.85～22.3 nm之間，所制備的多量子阱具有量子限域效應(yīng)，導(dǎo)致了室溫光致熒光峰的藍(lán)移，并觀測到了量子隧穿效應(yīng)引起的熒光效率下降。建立了基于多聲子輔助激子復(fù)合躍遷理論的室溫光致熒光光譜優(yōu)化擬合方法，擬合結(jié)果發(fā)現(xiàn)，ZnO/MgO比ZnO

4、/ZnMgO多量子阱具有更大的峰位藍(lán)移，探討了導(dǎo)致光致熒光光譜展寬的可能因素。 Ⅱ利用射頻反應(yīng)磁控濺射技術(shù)，在Si(111)和石英基片上生長具有c軸擇優(yōu)取向的Zn<,1-x>Mg<,x>O(0=x=0.62)和Zn<,1-x>Cd<,x>O(0≤x≤0.10616)合金薄膜。探討了Zn<,1-x>Mg<,x>O合金薄膜的晶體結(jié)構(gòu)隨摻入Mg元素的關(guān)系，摻入Mg元素能夠有效地調(diào)節(jié)光學(xué)帶隙寬度；隨著薄膜中Mg含量的增加，帶隙寬度隨之增

5、大；對Zn<,1-x>Mg<,x>O薄膜退火的結(jié)果，退火對Zn<,1-x>Mg<,x>O薄膜的晶體取向基本沒有影響，但退火改善了薄膜的結(jié)晶性能，同時退火減弱了薄膜中的缺陷發(fā)光。在Zn<,1-x>Cd<,x>O薄膜的研究方面，對Si(111)基片采用先沉積金屬Ti層、室溫沉積ZnO再經(jīng)退火的基片處理方法，然后再生長Zn<,1-x>Cd<,x>O合會薄膜，所制得的Zn<,1-x>Cd<,x>O薄膜具有c軸擇優(yōu)取向；纖鋅礦(002)衍射峰的半