PLD和MOCVD方法生长的ZnO薄膜结构及发光性能

论文摘要

近年来,随着GaN蓝绿光发光管、激光器的迅速发展,ZnO作为一种可以替代GaN的材料受到人们的普遍关注。ZnO是一种直接宽带隙半导体材料,室温下它的能隙宽度为3.37eV,激子束缚能高达60meV。97年ZnO薄膜光泵浦紫外激光的获得和多晶ZnO薄膜自形成谐振腔激光的出现,极大地鼓舞了人们的研究热情,使得ZnO材料成为继GaN之后宽禁带半导体光电材料领域研究的热点之一。 ZnO是一种具有六角纤锌矿结构的半导体材料,作为一种具有低介电常数、高化学稳定性以及优异的光电、压电特性的功能材料,ZnO在许多领域尤其是光电器件领域有着重要应用。氧化锌基半导体光电器件主要包括紫外探测器、发光二极管（LED）和半导体激光器（LD）等。 要得到高质量的器件最重要的是要获得高质量的ZnO薄膜,通常生长ZnO薄膜材料的方法主要有脉冲激光沉积（PLD）,金属有机化学气相沉积（MOCVD）,分子束外延（MBE）,电子束蒸发,溅射（Sputtering）和原子层外延（ALE）等。在本论文中,我们分别用脉冲激光沉积法（PLD）和金属有机化学气相沉积法（MOCVD）在Al2O3（0001）、Al2O3（11（?）0）、MgAl2O4（111）和MgO（100）衬底上沉积了ZnO薄膜,研究了薄膜的生长条件（不同衬底和不同生长温度）对ZnO薄膜结构特性,发光特性以及表面显微结构的影响。 X射线衍射谱表明我们生长的ZnO薄膜具有c轴择优取向,只有在700℃MgO衬底上生长的ZnO溥膜是具有（100）和（002）两个择优取向的多晶薄膜,这说明了使用MgO衬底在高温下生长的ZnO薄膜c轴择优取向会退化,而出现a轴的择优取向（六边形的基面垂直于MgO表面）。原子力显微镜分析结果表明ZnO薄膜沿c轴方向呈柱状生长。从ZnO薄膜的吸收谱可以看到在370—390nm处有陡峭的吸收边。室温光致发光谱中观察到了用PLD方法生长的ZnO薄膜具有高强度的紫外发射和微弱的深能级发光峰。实验结果表明用MOCVD方法生长的ZnO薄膜具

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 第一节 概述
• 第二节 ZnO薄膜发光材料的研究现状
• 第三节 ZnO薄膜的性质
• 第四节 ZnO材料的应用
• 1 ZnO发光二极管和激光器
• 2 表面声波器件
• 3 紫外光探测器
• 4 与GaN互做缓冲层
• 5 光电器件单片集成
• 6 全Zno集成器件
• 第五节 ZnO的发光机制
• 1 由带间跃迁引起的发光
• 2 由激子复合引起的发光
• 3 由缺陷或杂质引起的跃迁
• 第六节 ZnO薄膜的主要生长方法
• 1 脉冲激光沉积
• 2 金属有机化学气相沉积
• 3 磁控溅射
• 4 电子束蒸发
• 5 分子束外延
• 6 原子层外延
• 7 喷雾热解法
• 8 溶胶-凝胶法
• 第二章 薄膜的制备与测量
• 第一节 ZnO薄膜的制备
• 1 ZnO薄膜的PLD制备过程
• 2 ZnO薄膜的MOCVD制备过程
• 第二节 ZnO薄膜性质的测量
• 1 结构特性的测量
• 1.1 X射线衍射原理
• 1.2 X射线衍射方向
• 1.3 X射线衍射强度
• 2 光学特性测量
• 2.1 光致发光谱
• 2.2 吸收光谱
• 3 表面形貌的测量
• 3.1 AFM介绍
• 3.2 实验仪器介绍
• 第三章 结果与讨论
• 第一节 结构分析
• 1 ZnO薄膜的结构特性
• 1.1 PLD方法制备的ZnO薄膜的结构特性
• 1.2 MOCVD方法制备的ZnO薄膜的结构特性
• 1.3 小结
• 2 ZnO薄膜的应力分析
• 第二节 ZnO薄膜的光谱分析
• 1 PLD方法制备的ZnO薄膜的光学特性
• 1.1 光致发光谱
• 1.2 吸收光谱
• 2 MOCVD方法制备的ZnO薄膜的光学特性
• 第三节 衬底温度对ZnO薄膜表面形貌的影响
• 2O₄衬底上生长的Zno薄膜'>1 PLD方法在MgAl₂O₄衬底上生长的Zno薄膜
• 2O₄衬底上生长的ZnO薄膜'>2 MOCVD方法在MgAl₂O₄衬底上生长的ZnO薄膜
• 第四章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文