Si基二維孔構(gòu)ZnO周期結(jié)構(gòu)薄膜生長及性能研究.pdf

1、近年來，隨著顯示器、照明及信息存儲技術(shù)對短波長光源需求的日益增長，使得短波長LED和激光器等發(fā)光器件的制作越來越引起人們的重視。寬禁帶氧化物半導體材料ZnO(3.37eV)由于其在短波長光電子器件方面的巨大應(yīng)用前景，受到了國內(nèi)外學術(shù)界的廣泛關(guān)注。與ZnSe(22meV)、ZnS(40meV)和GaN(25meV)等相比，ZnO因其激子結(jié)合能高達60meV而成為更適合于室溫或更高溫度下工作的低閾值短波長發(fā)光材料。 光子晶體是一種由

2、不同介電常數(shù)的材料周期性排列構(gòu)成的一種新型材料。這種材料對光的周期布拉格散射使得一定頻段的光不能在其中傳播，從而形成類似電子帶隙的光子帶隙。利用光子晶體，可以控制材料的自發(fā)輻射，從而控制光子的運動與傳播。二維平板光子晶體在控制自發(fā)輻射方面取得了巨大的進展：它可以抑制面內(nèi)的自發(fā)輻射，使垂直板面的自發(fā)輻射發(fā)光得到極大地增強，從而大大提高了發(fā)光效率，因此可用來制作低閾值激光器等發(fā)光器件。ZnO作為優(yōu)越的短波長發(fā)光材料與光子晶體的結(jié)合已經(jīng)開始引

3、起人們的廣泛關(guān)注。最近幾年關(guān)于ZnO光子晶體材料制備的報道越來越多。但是，高質(zhì)量單晶ZnO光子晶體材料的生長仍然是人們迫切需要解決的一個關(guān)鍵問題。本論文針對這一難題，利用射頻等離子體輔助分子束外延法探索了Si襯底上具有二維周期結(jié)構(gòu)的高質(zhì)量ZnO薄膜的生長。 我們首先對Si襯底表面進行了預(yù)加工，獲得了孔形的周期點陣結(jié)構(gòu)，然后在該襯底上外延生長了具有相同周期結(jié)構(gòu)的ZnO薄膜。利用該方法，我們有效地避免了先生長再加工對膜造成的機械損傷

4、及雜質(zhì)離子的污染，制備了具有較高結(jié)晶質(zhì)量和較好表面形貌的ZnO周期結(jié)構(gòu)，為ZnO光子晶體的制作及其它基于周期結(jié)構(gòu)的光子器件的制作提供了一種新穎的方法。 采用低溫界面工程+ZnO雙溫緩沖層方法生長ZnO周期結(jié)構(gòu)薄膜，利用反射式高能電子衍射、X射線衍射測試，掃描電子顯微鏡等技術(shù)，系統(tǒng)研究了不同晶面取向的Si襯底及不同的外延生長溫度對ZnO薄膜結(jié)晶質(zhì)量及表面周期形貌的影響。發(fā)現(xiàn)，Si(100)襯底上獲得的是具有旋轉(zhuǎn)疇的c軸取向ZnO薄