MgZnO薄膜的制备及特性研究

论文摘要

近几年来，宽禁带半导体材料引起人们的关注，因为这些材料在蓝光及紫外光发光二极管、半导体激光器和紫外光探测器上有重要的应用价值。这些器件在光信息存储、全色显示和紫外光探测上有巨大的市场需求。人们已经制造出Ⅲ族氮化物和ZnSe等蓝光材料，并用这些材料制成了高效率的蓝光发光二极管和激光器，使全色显示成为可能。但是这些蓝光材料也有明显的不足，ZnSe激光器在受激发射时容易因温度升高而造成缺陷的大量增殖，故其寿命很短。GaN材料的制备则存在制造设备昂贵、衬底材料缺乏、薄膜生长困难等缺点。ZnO材料无论是在晶格结构，晶格常数还是在禁带宽度上都与GaN很相似，对衬底没有苛刻的要求而且很易成膜，被认为是很有前途的光电子材料。特别令人感兴趣的是ZnO材料在室温下具有高的激子束缚能(约60meV)，在室温下激子不被电离，激发发射机制有效。这对于制造在室温下低激射阈值的激光器极为有利。 制备ZnO基光电子器件需要两个重要条件： 一．获得p型ZnO 本征ZnO是一种n型半导体材料，必须通过受主掺杂才能实现p型转变。但是由于ZnO中存在较多本征施主缺陷(氧空位和锌间隙)，对受主掺杂产生自补偿作用，并且受主杂质固溶度很低，掺杂难度较大。因此，p型ZnO的研究已成为国际上的研究热点。 二．实现能带工程 人们希望找到晶体结构相同，晶格常数相近，禁带宽度更大的材料。这种材料可和ZnO一起组成异质结、量子阱和超晶格，不但能极大地提高ZnO的发光效率，而且能对材料的发光特性进行调制。MgZnO材料即可满足这种要求。MgO和ZnO形成MgZnO的带隙可以在3.3～7.9eV之间变化，可以与ZnO组成异质结、多量子阱和超晶格。所以MgZnO是一种很有前途的光电材料，它既可以作为ZnO材料的势垒层，也可以直接作为紫外发光材料，在制备紫外波段的光电器件方面有着广阔的应用前景。 目前报道的MgZnO薄膜多数采用金属有机物化学气相外延(MOVPE)、分子束外延(MBE)和脉冲激光淀积(PLD)等方法制备，薄膜生长温度普遍较高(500～650℃)。我们首次采用低温生长技术，用射频磁控溅射法在80℃衬底温

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号表
• 第一章 绪论
• §1.1 概述
• 1.1.1 ZnO材料的性质
• 1.1.2 ZnO材料的应用
• 1.1.3 薄膜的制备方法
• §1.2 MgZnO薄膜的研究进展
• 1.2.1 单层MgZnO薄膜的研究进展
• 1.2.2 ZnO／MgZnO超晶格和量子阱的研究进展
• §1.3 研究课题的选取
• 本章参考文献
• 第二章 样品的制备及测试
• §2.1 MgZnO薄膜的制备
• 2.1.1 射频磁控溅射系统
• 2.1.2 溅射基本原理
• 2.1.3 MgZnO陶瓷靶的制备
• 2.1.4 衬底的选择与处理
• 2.1.5 样品的制备
• §2.2 测试方法介绍
• 2.2.1 结构和成分测试分析
• 2.2.2 表面形貌的观察
• 2.2.3 光学性质的测量
• 本章参考文献
• 第三章 MgZnO薄膜结构特性研究
• §3.1 MgZnO薄膜的晶格结构
• 3.1.1 X-射线衍射（XRD）
• 3.1.2 拉曼（Raman）散射
• 3.1.3 透射电子显微镜（TEM）
• §3.2 MgZnO薄膜的表面形貌及组分分析
• 3.2.1 原子力显微镜（AFM）
• 3.2.2 X-射线光电子能谱（XPS）
• 3.2.3 卢瑟福背散射（RBS）
• 本章参考文献
• 第四章 MgZnO薄膜光学特性研究
• §4.1 MgZnO薄膜的透射谱研究
• §4.2 吸收系数和光学带隙
• §4.3 光学带隙的简化计算
• §4.4 MgZnO薄膜的折射率
• 4.4.1 椭圆偏振法测量薄膜折射率
• 4.2.2 由透射谱计算获得薄膜折射率
• §4.5 MgZnO薄膜的光致发光谱（PL）
• 本章参考文献
• 第五章 制备条件对MgZnO薄膜性质的影响
• §5.1 溅射功率对薄膜性质的影响
• §5.2 生长时间对薄膜性质的影响
• §5.3 氧气分压对薄膜性质的影响
• §5.4 退火温度对薄膜性质的影响
• 本章参考文献
• 第六章 结论
• §6.1 MgZnO薄膜的制备及测试
• §6.2 MgZnO薄膜的结构特性
• §6.3 MgZnO薄膜的光学特性
• §6.4 制备条件对MgZnO薄膜性质的影响
• 博士期间发表论文情况
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表