脈沖激光沉積法生長ZnMgO-ZnO多層結(jié)構(gòu)以及Zn-,1-x-Mg-,x-O薄膜P型摻雜的研究.pdf

1、ZnO是直接寬禁帶半導(dǎo)體材料(3.37eV)，在室溫下具有高的激子束縛能(60meV)，外延生長溫度低，抗輻射能力強(qiáng)，在短波發(fā)光二極管、半導(dǎo)體激光器和紫外探測器等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。通過改變ZnO中Mg的摻入量，讓Mg取代Zn的位置，所形成的Zn1-xMgxO薄膜在保持纖鋅礦結(jié)構(gòu)不變的前提下能夠調(diào)節(jié)帶隙在3.3～4.5eV之間變化，而且可以和ZnO形成較好的晶格匹配。通過在光電器件中建立ZnMgO/ZnO多層量子阱結(jié)構(gòu)，可以提高器件

2、的發(fā)光效率，調(diào)制器件的發(fā)光特性。另外，P型Zn1-xMgxO薄膜的引入可以進(jìn)一步拓寬其工作波長。因此，開展ZnMgO/ZnO多層結(jié)構(gòu)生長及Zn1-xMgxO薄膜P型摻雜的研究具有非常重要的意義。 本文在總結(jié)了Zn1-xMgxO薄膜及其器件研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，利用脈沖激光沉積(PLD)技術(shù)在Si(111)襯底上生長Zn1-xMgxO薄膜及ZnMgO/ZnO多層結(jié)構(gòu)，并通過Li摻雜來制備P型Zn0.9Mg0.1O薄膜。主要的研究工作如

3、下：1.采用PLD技術(shù)在Si(111)襯底上生長出了具有良好晶體質(zhì)量完全C軸取向的Zn1-xMgxO薄膜。系統(tǒng)研究了工藝參數(shù)對Zn1-xMgxO薄膜質(zhì)量的影響，獲得了生長Zn1-xMgxO薄膜的最佳工藝參數(shù)。 2.采用PLD技術(shù)通過引入低溫ZnO緩沖層來改善硅基Zn1-xMgxO薄膜的晶體質(zhì)量及表面形貌。XRD測試結(jié)果表明，Zn1-xMgxO(002)峰的半高寬僅為0.183°，而AFM測試結(jié)果則發(fā)現(xiàn)，引入低溫ZnO緩沖層后，薄

4、膜的表面粗糙度進(jìn)一步降低，其RMS值為3.68nm。 3.首次嘗試采用PLD技術(shù)以低溫ZnO作為緩沖層在Si(111)襯底上生長ZnMgO/ZnO多層薄膜結(jié)構(gòu)。SIMS測試表明，Mg含量周期性振蕩且形成陡峭分布，意味著Mg在層間擴(kuò)散較小。PL譜測試則發(fā)現(xiàn)，隨著生長周期的增加、薄膜厚度的減小，ZnO發(fā)光峰的強(qiáng)度增加而ZnMgO發(fā)光峰的強(qiáng)度減弱直至消失，并分析了可能的原因。 4.首次采用PLD技術(shù)通過Li摻雜實現(xiàn)了Zn0.9