ZnO薄膜的MOCVD生長和性質(zhì)研究.pdf

1、本文采用自制MOCVD系統(tǒng)對(duì)Al2O3(0001)及Si(111)襯底上ZnO薄膜材料的生長進(jìn)行了研究，并研究了Al2O3(0001)襯底上ZnO薄膜經(jīng)HCl、H2SO4、NaOH及H2O2溶液濕法處理后的表面、結(jié)構(gòu)及發(fā)光特性以及退火對(duì)ZnO薄膜性質(zhì)的影響。所獲得的具有創(chuàng)新和有意義的研究結(jié)果如下： 1、采用自制MOCVD系統(tǒng)研究了Al2O3(0001)襯底上ZnO薄膜材料的生長，且摸索了部分最佳生長條件。低溫緩沖層的最佳生長溫度

2、為150～200℃，最佳厚度約為100nm，外延層的最佳生長溫度范圍為600～700℃。 2、系統(tǒng)地研究了ZnO薄膜被稀HCl或H2SO4溶液刻蝕后的表面和發(fā)光特性。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)ZnO薄膜被這些溶液刻蝕后表面較平整，在干涉顯微鏡下沒有觀察到明顯的腐蝕坑。首次研究了ZnO薄膜被稀HCl和H2SO4溶液濕法刻蝕后的室溫PL譜特性。研究結(jié)果表明，稀HCl和H2SO4對(duì)ZnO的發(fā)光性質(zhì)沒有明顯的影響，且10K下的低溫PL譜測(cè)試結(jié)果也表明

3、，pH≈4的HCl對(duì)ZnO的激子發(fā)光影響很小。這些研究結(jié)果為將來ZnO-LED的濕法刻蝕工序提供了一定的參考。 3、首次研究了ZnO薄膜被NaOH及H2O2溶液處理后的表面、結(jié)構(gòu)和發(fā)光特性。研究結(jié)果表明：高純H2O2溶液在一定時(shí)間內(nèi)能將ZnO薄膜表面的一些污物清洗掉而使表面光滑平整；而ZnO薄膜被NaOH溶液處理后表面出現(xiàn)平整或直線裂紋兩種現(xiàn)象，通過此現(xiàn)象討論了NaOH溶液刻蝕ZnO薄膜的機(jī)理。NaOH和H2O2溶液對(duì)ZnO薄膜

4、的深能級(jí)發(fā)光具有相似的效應(yīng)，即具有強(qiáng)的525nm綠光的ZnO原生樣品經(jīng)NaOH或H2O2溶液處理后，強(qiáng)的525nm綠光將大大減弱，并移至500nm附近；而沒有明顯深能級(jí)峰的ZnO原生樣品經(jīng)NaOH或H2O2溶液處理后，也總是在500nm附近出現(xiàn)弱的綠光。這些研究結(jié)果對(duì)探討525nm和500nm綠光的起源提供了依據(jù)，并對(duì)將來ZnO-LED制作過程的清洗和濕法刻蝕具有一定的參考價(jià)值。 4、退火研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)：700℃以下，退火氣氛對(duì)Z

5、nO膜的深能級(jí)發(fā)光影響較大；超過700℃后，退火溫度對(duì)ZnO薄膜的發(fā)光影響大，但退火氣氛影響不太明顯。通過退火對(duì)ZnO薄膜發(fā)光特性的影響，并結(jié)合H2O2和NaOH溶液室溫下對(duì)ZnO薄膜深能級(jí)發(fā)光的影響。本文認(rèn)為525nm綠光可能起源于氧空，而500nm綠光可能與不穩(wěn)定的Zn-O鍵有關(guān)，這點(diǎn)與文獻(xiàn)的結(jié)論不同。 5、首次采用常壓MOCVD法，在Si襯底上引入過渡Al層生長ZnO外延膜。所獲得的ZnO薄膜的質(zhì)量與目前文獻(xiàn)報(bào)道的最好結(jié)果