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ZnO薄膜的结构和光学性质研究

作　者: 孙林林
导　师: 石旺舟
学　校: 华东师范大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: ZnO薄膜脉冲激光沉积氧缺陷过渡层发光性能
分类号: O484.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

ZnO是一种具有纤锌矿结构的宽禁带半导体材料，在室温下其直接带隙宽度为3.3eV，激子束缚能为60meV，这比同是宽禁带材料的ZnSe（20mev）和GaN（21meV）都高出许多，而且比GaN，SiC和其它Ⅱ-Ⅵ族宽禁带半导体薄膜的制备温度低。这些特点使ZnO具备了作为室温短波长发光材料的特征，研究其微观结构特征和发光特性具有重要意义。本文采用脉冲激光沉积（PLD）的方法制备得到高度c轴取向的ZnO薄膜，分别研究氧缺陷、AlN缓冲层及Mg掺杂对ZnO薄膜的结构和光学性质的影响，获得的主要结果如下： 1．采用PLD方法，室温下在O₂气氛中作用金属Zn靶制备高度c轴取向的ZnO薄膜，通过变化沉积过程中的氧压来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数与光能隙变化间的规律。结果表明，室温条件下沉积的ZnO薄膜具有高度c轴取向。同时发现，随着沉积过程中氧压的增加，c轴晶格常数逐渐减小，并且吸收边和本征发射峰位蓝移，吸收边与本征发射峰位间存在10～20meV的能量位移。 2．通过PLD方法在Si（100）上生长了高度c轴取向的AlN薄膜，并以此为衬底，成功地实现了ZnO薄膜的准外延生长。比较研究了AlN作为过渡层对ZnO薄膜结构和光学性能的影响。结果表明，AlN作为过渡层可得到具有很强的c轴择优取向生长的ZnO薄膜，其（002）晶面衍射峰半高宽为0.216°，显示出非常好的结晶状况。通过原子力显微镜（AFM）观察进一步证明了ZnO／AlN薄膜的准外延生长特征。薄膜的光致发光谱表明，在UV发光波段，以AlN作过渡层的ZnO薄膜荧光强度要比直接在Si上制备的ZnO薄膜高将近一个数量级。 3．研究了Mg含量对Mg_xZn_1-xO薄膜的能带宽度的影响，在400℃下10PaO₂气氛中制备Mg_xZn_1-xO薄膜，Mg含量在0到30mol％之间变化。通过X射线衍射（XPD）、紫外-可见分光光度计表征了含Mg的ZnO薄膜的结构和光学性能。结果表明，MMg_xZn_1-xO在紫光波段有很好的透光性能，薄膜为单相六角纤锌矿结构，且具有高度c轴取向。随着Mg含量的增加，所得Mg_xZn_1-xO薄膜的c轴晶格常数减小，带隙宽度由3.23eV（x=0）线性增大到3.77eV（x=30mol％）。

全文目录

第一章绪论  11-21
  第一节 ZnO的结构和性质  11-14
  第二节 ZnO薄膜的应用  14-16
  第三节 ZnO薄膜的国内外研究现状  16-20
  第四节本论文的主要研究内容  20-21
第二章 ZnO薄膜的制备方法及表征手段  21-30
  第一节脉冲激光沉积(PLD)技术  21-24
  第二节结构和性能的表征手段  24-30
第三章氧缺陷对ZnO薄膜结构和光学性质的影响  30-37
  第一节引言  30
  第二节实验方法  30-31
  第三节实验结果与分析  31-36
  第四节本章结语  36-37
第四章 AlN层对ZnO薄膜结构和光学性质的影响  37-43
  第一节引言  37-38
  第二节实验方法  38
  第三节实验结果与分析  38-42
  第四节本章结语  42-43
第五章 Mg含量对Mg_xZn_(1-x)O薄膜的结构和光学性质的影响  43-49
  第一节引言  43-44
  第二节实验方法  44
  第三节实验结果与分析  44-48
  第四节本章结语  48-49
第六章结论  49-51
攻读硕士学位期间发表的论文  51-52
参考文献  52-55
后记  55

ZnO薄膜的结构和光学性质研究

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