脈沖激光沉積GaN薄膜及ZnO緩沖層的影響.pdf

1、近年來,纖鋅礦結(jié)構(gòu)的氮化稼(GaN)材料,由于可以制備高亮度藍(lán)色與綠色發(fā)光二級管和紫外光電二級管、激光二極管、紫外光電探測器和耐高溫、高強(qiáng)度和高能量的器件,引起了人們的廣泛興趣.由于生長大尺寸的單晶氮化鎵是比較困難的,人們在不同的襯底上用異質(zhì)外延的方法來制備高質(zhì)量的氮化鎵薄膜.在硅襯底上生長氮化鎵薄膜有許多的優(yōu)勢,被認(rèn)為是一種較好的襯底.但硅與GaN的失配率較高,難以獲得高質(zhì)量的GaN薄膜.人們想到用緩沖層來降低薄膜和襯底之間的晶格失配

2、和熱失配.常用的緩沖層有AlN,SiC和ZnO等.我們實(shí)驗(yàn)中在Si襯底上應(yīng)用ZnO來做緩沖層,制備了比較好的GaN薄膜. 制備GaN薄膜的方法很多,包括磁控濺射(sputtering)、金屬有機(jī)化學(xué)汽相沉積(MOCVD)、分子束外延技術(shù)(MBE)和脈沖激光沉積(PLD)等.脈沖激光沉積是近年來發(fā)展起來的先進(jìn)的薄膜生長技術(shù),它是在高真空背景下用高能激光燒蝕靶材生成等離子體淀積在加熱襯底上生長晶體薄膜的.脈沖激光沉積法與其它沉積方法

3、相比有薄膜生長溫度低等優(yōu)點(diǎn)本研究采用脈沖激光沉積法在硅襯底上用.ZnO緩沖層來制備GaN薄膜,并在氨氛圍下950度退火15分鐘后制備了高質(zhì)量的GaN薄膜.我們研究了制備硅基GaN薄膜的優(yōu)缺點(diǎn),分析了退火對硅基ZnO薄膜的影響,并主要討論了氧化鋅緩沖層在退火過程中的影響,對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析和解釋.主要內(nèi)容如下:1.分析了薄膜生長原理和脈沖激光沉積技術(shù)的原理、特點(diǎn),用脈沖激光沉積的方法制備ZnO薄膜和GaN薄膜.2.我們用脈沖激光沉積的方

4、法在硅襯底上制備了六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)的氧化鋅薄膜,并分析了退火對氧化鋅薄膜的影響.由于GaN本身硬度較大,熔點(diǎn)較高的特點(diǎn),PLD方法制備的GaN薄膜又在高溫擴(kuò)散爐中退火15分鐘.PLD過程中,我們采用1064 nm,Quanta-Ray DCR-3型Nd:YAG激光器直接打在與所要制備的薄膜材料具有相同成分的靶上.退火過程主要在高溫擴(kuò)散爐氨氣氛圍中進(jìn)行.實(shí)驗(yàn)用到的主要測試手段為X射線衍射(XRD)、傅立葉紅外吸收(FTIR)、原子力顯微鏡表

5、面分析(AFM)和拉曼譜分析(Ratman). 3.研究了制備GaN/ZnO/Si過程中,氧化鋅緩沖層對GaN薄膜的結(jié)晶質(zhì)量、成分和表面形貌的影響,實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),結(jié)晶的氧化鋅緩沖層對GaN薄膜的初始成核和退火過程中的生長都有很大的影響. 4.在其它參量不變的情況下,通過改變退火溫度或時間來研究它對GaN薄膜的影響.結(jié)果顯示,退火溫度和退火時間都對薄膜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有很大的影響.當(dāng)?shù)诒∧ぴ诎狈譃橄峦嘶鸬倪^程中,Zn-O鍵斷裂,