ZnO薄膜的結構和光學性質研究.pdf

1、ZnO是一種具有纖鋅礦結構的寬禁帶半導體材料，在室溫下其直接帶隙寬度為3.3eV，激子束縛能為60meV，這比同是寬禁帶材料的ZnSe(20meV)和GaN(21meV)都高出許多，而且比GaN，SiC和其它Ⅱ-Ⅵ族寬禁帶半導體薄膜的制備溫度低。這些特點使ZnO具備了作為室溫短波長發(fā)光材料的特征，研究其微觀結構特征和發(fā)光特性具有重要意義。本文采用脈沖激光沉積(PLD)的方法制備得到高度c軸取向的ZnO薄膜，分別研究氧缺陷、AIN緩沖層及

2、Mg摻雜對ZnO薄膜的結構和光學性質的影響，獲得的主要結果如下： 1.采用PLD方法，室溫下在O2氣氛中作用金屬Zn靶制備高度c軸取向的ZnO薄膜，通過變化沉積過程中的氧壓來控制薄膜中的氧空位缺陷，研究ZnO薄膜中氧缺陷引起的晶格常數(shù)與光能隙變化間的規(guī)律。結果表明，室溫條件下沉積的ZnO薄膜具有高度c軸取向。同時發(fā)現(xiàn)，隨著沉積過程中氧壓的增加，c軸晶格常數(shù)逐漸減小，并且吸收邊和本征發(fā)射峰位藍移，吸收邊與本征發(fā)射峰位間存在10～2

3、0meV的能量位移。 2.通過PLD方法在Si(100)上生長了高度c軸取向的AIN薄膜，并以此為襯底，成功地實現(xiàn)了ZnO薄膜的準外延生長。比較研究了AIN作為過渡層對ZnO薄膜結構和光學性能的影響。結果表明，AIN作為過渡層可得到具有很強的c軸擇優(yōu)取向生長的ZnO薄膜，其(002)晶面衍射峰半高寬為0.216°，顯示出非常好的結晶狀況。通過原子力顯微鏡(AFM)觀察進一步證明了ZnO/AIN薄膜的準外延生長特征。薄膜的光致發(fā)光

4、譜表明，在UV發(fā)光波段，以AIN作過渡層的ZnO薄膜熒光強度要比直接在Si上制備的ZnO薄膜高將近一個數(shù)量級。 3.研究了Mg含量對MgxZn1-xO薄膜的能帶寬度的影響，在400℃下10PaO2氣氛中制備MgxZn1-xO薄膜，Mg含量在O到30mol％之間變化。通過x射線衍射(XRD)、紫外-可見分光光度計表征了含Mg的ZnO薄膜的結構和光學性能。結果表明，MgxZn1-xO在紫光波段有很好的透光性能，薄膜為單相六角纖鋅礦結