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脉冲激光法制备硅基ZnMgO合金薄膜及其特性研究

作　者: 邹璐
导　师: 叶志镇
学　校: 浙江大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: 合金薄膜脉冲激光法特性研究衬底温度晶体质量 Mg含量禁带宽度发射峰半导体硅平面工艺
分类号: TB43
类　型: 硕士论文
年　份: 2002年
下　载: 97次
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内容摘要

近年来，ZnO光泵浦紫外激光的获得和自组装谐振腔的发现显示了用ZnO制作光电器件的潜力，随之ZnMgO合金半导体也成为近期关注的一个研究方向。将ZnO与MgO形成半导体合金薄膜，可以达到随Mg组分不同调节ZnMgO合金半导体禁带宽度的目的。本文采用脉冲激光法，用四种Mg含量不同的陶瓷靶，ZnO、Zn_0.8Mg_0.2O、Zn_0.63Mg_0.37O、Zn_0.58Mg_0.42O，在不同衬底温度下，500℃、550℃、600℃、650℃、700℃生长ZnMgO合金薄膜。主要的研究工作如下： 1．目前，ZnMgO合金薄膜大多数以蓝宝石或ScAlMgO₄为衬底，本文首次报道了在硅衬底上用脉冲激光法沉积ZnMgO合金薄膜。以硅为衬底与器件传统的硅平面工艺兼容，为硅基光电集成的实现奠定基础。 2．在国内首次采用PLD方法生长ZnMgO合金薄膜。 3．关于衬底温度对ZnMgO合金薄膜的晶体质量、光学特性等方面的影响的报道很少，本文率先对这方面进行了探讨。实验表明随着衬底温度升高，薄膜中Mg含量增大，相应合金薄膜的禁带宽度增大。衬底温度为650℃时得到的合金薄膜晶体质量最好，XRD图谱中仅出现（002）峰，半高宽仅为0.19°，薄膜高度C轴取向。ZnMgO合金薄膜与ZnO的晶格失配度仅为0.5％，取得了比较领先的结果。 4．对生长的ZnMgO合金薄膜做了室温荧光光谱（PL）测试，发现ZnMgO薄膜紫外发射峰相对ZnO的紫外发射峰产生蓝移，即由于Mg的掺入，ZnMgO薄膜的禁带宽度增大。本实验中，用靶材Zn_0.8Mg_0.2O，在衬底温度为650℃时沉积的合金薄膜晶体质量最好，其带边发射峰与杂质发射峰的强度之比高达159，优于目前国际上的报道。 5．研究了不同靶材对合金薄膜晶体质量的影响。当Mg含量小于37％时，ZnMgO薄膜为单一相，当Mg含量大于37％时，开始出现MgO的相偏析。同时，随着靶材中Mg含量的增大，ZnMgO合金薄膜（002）峰的半高宽增大。 6．在ZnMgO合金薄膜分别在氧气、氮气中500℃退火1小时，初步研究了不同退火条件对薄膜晶体质量的影响。

全文目录

中文摘要  5-6
英文摘要  6-8
第一章引言  8-10
第二章文献综述  10-22
  2．1 ZnO的性质  10-11
  2．2 Zn_（1-x）Mg_xO三元合金的结构、作用及研究进展  11-18
  2．3 ZnO/ZnMgO薄膜的外延生长技术  18-19
  2．4 立题目背景及依据  19-22
第三章 PLD薄膜生长实验介绍  22-29
  3．1 PLD设备  22-24
  3．2 靶材的制备与表征  24-27
  3．3 ZnMgO薄膜的生长过程  27-29
第四章衬底温度对薄膜性质的影响  29-40
  4．1 衬底温度对薄膜晶体质量的影响  29-32
  4．2 衬底温度对薄膜表面形貌的影响  32-34
  4．3 衬底温度对薄膜成分的影响  34-37
  4．4 衬底温度对薄膜光学性质的影响  37-40
第五章不同组分的靶材生长的ZnMgO薄膜  40-47
  5．1 晶体质量与靶材成分关系  40-43
  5．2 原子力显微镜（AFM）观察的表面形貌图  43-47
第六章 ZnMgO薄膜的透射电镜观察  47-50
第七章 ZnMgO和ZnO薄膜的退火特性  50-57
  7．1 在氮气中退火  50-53
  7．2 在氧气中退火  53-57
第八章结论  57-58
参考文献  58-62
致谢  62-63

脉冲激光法制备硅基ZnMgO合金薄膜及其特性研究

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