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PLD和MOCVD方法生长的ZnO薄膜结构及发光性能

作　者: 苏凤莲
导　师: 周圣明
学　校: 安徽大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: ZnO薄膜 脉冲激光沉积 金属有机化学气相沉积
分类号: TN304
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
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内容摘要


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

全文目录


摘要  4-6
Abstract  6-10
第一章 引言  10-33
  第一节 概述  10-11
  第二节 ZnO薄膜发光材料的研究现状  11
  第三节 ZnO薄膜的性质  11-15
  第四节 ZnO材料的应用  15-18
    1 ZnO发光二极管和激光器  15-16
    2 表面声波器件  16
    3 紫外光探测器  16-17
    4 与GaN互做缓冲层  17
    5 光电器件单片集成  17
    6 全Zno集成器件  17-18
  第五节 ZnO的发光机制  18-24
    1 由带间跃迁引起的发光  18-19
    2 由激子复合引起的发光  19-23
    3 由缺陷或杂质引起的跃迁  23-24
  第六节 ZnO薄膜的主要生长方法  24-33
    1 脉冲激光沉积  24-26
    2 金属有机化学气相沉积  26-27
    3 磁控溅射  27-28
    4 电子束蒸发  28-29
    5 分子束外延  29-30
    6 原子层外延  30-31
    7 喷雾热解法  31-32
    8 溶胶-凝胶法  32-33
第二章 薄膜的制备与测量  33-43
  第一节 ZnO薄膜的制备  33-35
    1 ZnO薄膜的PLD制备过程  33
    2 ZnO薄膜的MOCVD制备过程  33-35
  第二节 ZnO薄膜性质的测量  35-43
    1 结构特性的测量  35-38
      1.1 X射线衍射原理  35
      1.2 X射线衍射方向  35-37
      1.3 X射线衍射强度  37-38
    2 光学特性测量  38-39
      2.1 光致发光谱  38-39
      2.2 吸收光谱  39
    3 表面形貌的测量  39-43
      3.1 AFM介绍  40-41
      3.2 实验仪器介绍  41-43
第三章 结果与讨论  43-66
  第一节 结构分析  43-50
    1 ZnO薄膜的结构特性  43-48
      1.1 PLD方法制备的ZnO薄膜的结构特性  43-46
      1.2 MOCVD方法制备的ZnO薄膜的结构特性  46-47
      1.3 小结  47-48
    2 ZnO薄膜的应力分析  48-50
  第二节 ZnO薄膜的光谱分析  50-59
    1 PLD方法制备的ZnO薄膜的光学特性  50-55
      1.1 光致发光谱  50-53
      1.2 吸收光谱  53-55
    2 MOCVD方法制备的ZnO薄膜的光学特性  55-59
  第三节 衬底温度对ZnO薄膜表面形貌的影响  59-66
    1 PLD方法在MgAl_2O_4衬底上生长的Zno薄膜  59-63
    2 MOCVD方法在MgAl_2O_4衬底上生长的ZnO薄膜  63-66
第四章 结论  66-68
参考文献  68-76
致谢  76-77
攻读学位期间发表的学术论文  77

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 半导体技术 > 一般性问题 > 材料
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