緩沖層結(jié)晶性對ZnO薄膜性質(zhì)的作用機制研究.pdf

1、氧化鋅是由Ⅱ-Ⅵ族元素構(gòu)成的，具有六方對稱結(jié)構(gòu)的新一代寬禁帶化合物半導(dǎo)體材料。穩(wěn)態(tài)條件下，導(dǎo)帶底與價帶頂之間能量差值約為3.37eV，激子束縛能為60meV，在室溫條件下就能夠?qū)崿F(xiàn)激子發(fā)射?；谘趸\材料諸多的結(jié)構(gòu)特性，使其有望在短波長器件，半導(dǎo)體激光器件以及探測器件等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。異質(zhì)外延生長氧化鋅薄膜材料時，由于氧化鋅與襯底材料晶格常數(shù)不同造成的晶格不匹配，使得氧化鋅薄膜的晶體結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出多晶態(tài)或者非晶態(tài)，因此，異質(zhì)外延氧化鋅薄

2、的晶體質(zhì)量、發(fā)光效率以及器件的穩(wěn)定性較差。我們通過在外延生長氧化鋅薄膜前，先在襯底材料表面上生長一層較薄的氧化鋅緩沖層，研究了氮氣氛圍中高溫退火處理對緩沖層性質(zhì)的影響以及緩沖層對二次生長的外延氧化鋅薄膜的結(jié)晶質(zhì)量、電學(xué)性質(zhì)、光學(xué)性質(zhì)和表面形貌特性的作用機制。
　　本文中采用了等離子增強MOCVD-Ⅱ型設(shè)備，首先在c面藍(lán)寶石襯底上直接外延生長氧化鋅薄膜，利用X射線衍射儀、光致發(fā)光譜和原子力顯微鏡等設(shè)備對直接外延氧化鋅薄膜材料進(jìn)行表征

3、與分析，以便在后續(xù)實驗中與在緩沖層上外延生長的氧化鋅薄膜進(jìn)行對比研究。之后，在與直接外延氧化鋅薄膜同樣的條件下，在藍(lán)寶石襯底上制備了一層較薄的氧化鋅緩沖層，并在氮氣的氛圍內(nèi)對其進(jìn)行高溫退火。我們通過X射線衍射儀對其的結(jié)晶特性進(jìn)行表征，分析發(fā)現(xiàn)退火可以有效的改善緩沖層的結(jié)晶性質(zhì)，并得到了一個最優(yōu)化退火溫度900℃，在此溫度下退火緩沖層內(nèi)晶體的C軸取向生長特性最好。通過光致發(fā)光譜的分析，隨著退火溫度的升高，紫外深能級強度比顯著下降，且當(dāng)溫度

4、達(dá)到1000℃時，在光致發(fā)光譜觀察不到明顯的氧化鋅發(fā)光峰，說明高溫退火使得緩沖層的光學(xué)特性降低。通過霍爾測試儀對緩沖層電學(xué)特性分析發(fā)現(xiàn)，氧化鋅薄膜呈現(xiàn)高阻狀態(tài)，我們認(rèn)為這是由于溫度過高使得氧化鋅分解較多和晶界的作用影響了載流子的正常傳輸，因而緩沖層電阻較大。最后，我們在緩沖層樣品上外延生長氧化鋅薄膜，通過測試分析發(fā)現(xiàn)，薄膜的結(jié)晶質(zhì)量、光學(xué)特性、電學(xué)特性以及表面形貌特性都得到了明顯的改善與提高。并且在經(jīng)最優(yōu)化退火溫度處理的緩沖層上外延的氧