Ga輔助熱氧化生長GZO薄膜及其微觀結(jié)構(gòu)和光致發(fā)光性能研究.pdf

1、作為一種重要的光電材料，ZnO的制備和發(fā)光特性一直是人們關(guān)注的焦點。其微觀結(jié)構(gòu)、發(fā)光性能與制備方法、生長條件密不可分。然而本征態(tài)ZnO中存在大量引起可見光發(fā)射的各類缺陷，而ZnO可見光發(fā)射的來源一直以來備受爭議。此外，通過摻雜可調(diào)控ZnO的缺陷和光致發(fā)光陛能，故研究制備條件和摻雜對ZnO微觀結(jié)構(gòu)和光致發(fā)光性能的影響，優(yōu)化具有特定發(fā)光峰的ZnO薄膜制各條件，可為進(jìn)一步調(diào)控ZnO缺陷和發(fā)光特性提供實驗依據(jù)。
　　本文通過在ZnS塊體表

2、面涂覆金屬Ga、在MS(100W、50W)-ZnS和EBE-ZnS薄膜表面沉積Ga，進(jìn)而通過熱氧化生長Ga摻雜ZnO(GZO)薄膜，研究了不同熱氧化條件下薄膜微觀結(jié)構(gòu)、表面成分和光致發(fā)光性能，探討了ZaS塊體和ZnS薄膜的熱氧化過程，分析了ZnO薄膜的缺陷行為。通過實驗結(jié)果分析得到以下結(jié)論：
　　氧化溫度通過影響Ga摻雜量調(diào)控GZO薄膜的微觀結(jié)構(gòu)和光致發(fā)光性能。隨著熱氧化溫度升高，Ga摻雜量增如，GZO薄膜紫外光發(fā)射強(qiáng)度增強(qiáng)，薄膜

3、的結(jié)晶質(zhì)量逐漸改善，紫外光與可見光強(qiáng)度比值增大，其中熱氧化EBE-ZnS薄膜時，在750℃所得GZO薄膜具有最小的可見光與紫外光強(qiáng)度比值(Ivis/IUv)，薄膜的可見光發(fā)射中心隨溫度升高由500nm逐漸向長波長方向539nm移動。提高Ga摻雜量有效抑制了GZO薄膜中的氧空位，提高了薄膜結(jié)晶質(zhì)量，進(jìn)而改善了薄膜的光致發(fā)光性能。
　　氧化時間影響GZO薄膜微觀結(jié)構(gòu)和光致發(fā)光性能。對于熱氧化塊體ZnS所得的GZO薄膜，熱氧化時間延長，

4、Ga摻雜量降低，薄膜的顆粒尺寸均一性變差，薄膜的紫外光與可見光強(qiáng)度比減小；對于熱氧化ZnS薄膜所得的GZO薄膜，熱氧化時間延長，薄膜表面顆粒長大，其表面顆粒分布均勻性和致密性先高后低，氧化3h的薄膜兼具最好的致密性、均勻性和較少的裂紋，薄膜Ivis/IUv值隨氧化時間延長先降低后升高，在熱氧化時間為3h時最小。
　　熱氧化ZnS生長GZO薄膜是一個溫度控制昀擴(kuò)散-反應(yīng)過程。熱氧化塊體ZnS時，熔融態(tài)金屬Ga溶解基板中的Zn和空氣中

5、的O并析出形成GZO表面層；熱氧化ZnS薄膜時，金屬Ga由表層向薄膜內(nèi)部擴(kuò)散，并對znO形成摻雜，提高表層znO薄膜的致密性，在氧化過程中引入的各種點缺陷導(dǎo)致GZO薄膜PL譜中可見光發(fā)射增強(qiáng)。六方結(jié)構(gòu)的ZnS薄膜更有利于獲得更高結(jié)晶質(zhì)量的GZO薄膜。
　　熱氧化塊體ZnS生長的GZO薄膜PL譜中綠光發(fā)射主要與鋅間隙和氧空位有關(guān)，而藍(lán)光發(fā)射主要受鋅空位的影響。熱氧化EBE-ZnS生長的GZO薄膜PL譜中505nm發(fā)射與氧空位和鋅空位