非極性-半極性ZnO基薄膜和結(jié)構(gòu)的制備及其性能研究.pdf

1、ZnO作為一種直接寬禁帶半導(dǎo)體材料，適合應(yīng)用在發(fā)光二級管、激光器和光探測器等光電器件中。由于自身特性決定，ZnO較容易沿著c軸擇優(yōu)取向生長。因缺乏反演對稱性，ZnO在c軸方向具有很強的晶格極化效應(yīng)，從而產(chǎn)生內(nèi)建電場，使得電子和空穴的波函數(shù)在空間上發(fā)生分離，還會導(dǎo)致多量子阱中紫外發(fā)光峰發(fā)生紅移，最終降低了器件的發(fā)光效率。要避免或削弱這種晶格極化帶來的影響，使ZnO沿著非極性或半極性方向生長是一種可行的解決方案。
　　 本文采用脈沖

2、激光沉積法分別在R面藍寶石、玻璃和石英襯底上制備了過渡金屬(Mn、Co)及Na、Ga等共摻的ZnO薄膜，通過研究了生長參數(shù)和摻雜條件對生長取向和性能的影響，可控地制備了多種不同擇優(yōu)取向的ZnO基半極性和非極性薄膜和結(jié)構(gòu)。主要結(jié)果如下：
　　 1.采用脈沖激光沉積法在R面藍寶石襯底上制備了Zn(Mn，Na)O薄膜，結(jié)果表明：襯底溫度、生長氣壓和摻雜條件對ZnO薄膜的晶體質(zhì)量和性能都有較大影響。在0.02 Pa，600℃條件下，摻雜

3、5 at.％Mn和1 at.％Na后制備的薄膜，其口軸擇優(yōu)取向最好，晶體質(zhì)量和電學(xué)性質(zhì)等都最佳。
　　 2.將上述Zn(Mn，Na)薄膜作為緩沖層，在上述同樣生長條件下制備了純ZnO薄膜，同樣獲得非極性薄膜。在此基礎(chǔ)上，我們進一步制備了，n-Zn(Mn，Na)O/n-ZnO/i-MgZnO/p-NiO和n-ZnO/i-MgZnO/p-NiO兩種結(jié)構(gòu)的異質(zhì)結(jié)，Ⅰ-Ⅴ測試結(jié)果顯示緩沖層的引入降低了開啟電壓并減小了反向漏電流。

4、　　 3.采用脈沖激光沉積法在玻璃襯底上制備了Co-Ga共摻的半極性ZnO薄膜，結(jié)果表明：在40 Pa和500℃下得到的Zn(Co，Ga)O薄膜的晶體質(zhì)量和擇優(yōu)取向最好，以該薄膜為緩沖層，成功地制備了半極性純ZnO薄膜。
　　 4.采用脈沖激光沉積法在石英襯底上制備了不同元素(Mn-Na、Mn-Li和Co-Ga)共摻的ZnO薄膜。研究發(fā)現(xiàn)：較高的襯底溫度、較高的氧壓、較高的激光能量、較小的靶距以及較大的Mn摻雜量都有利于薄膜偏