MgO(111)襯底上ZnO薄膜的生長和性能.pdf

1、半導體ZnO室溫下的禁帶寬度為3.37eV，激子束縛能高達60meV，使其在紫外發(fā)光二極管、太陽能電池和激光器等方面有著廣泛的應用前景，成為繼GaN之后受到廣泛研究的第三代寬禁帶直接帶隙半導體材料，納米半導體材料制備工藝決定著材料的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，是高性能器件的基礎，如何制備高質(zhì)量的單晶ZnO薄膜已成為當前材料研究領域的熱點。
　　本文利用分子束外延(MBE)技術在單晶MgO(111)襯底上生長ZnO薄膜，通過引入ZnO同質(zhì)緩沖層，系

2、統(tǒng)研究了ZnO薄膜的外延生長和結(jié)構(gòu)及其電學特性。由于ZnO(0001)跟MgO(111)襯底具有相同的正六邊形結(jié)構(gòu)，ZnO薄膜為沿C軸單域高取向生長，RHEED和X射線衍射極圖確定外延關系為ZnO[1-210]//MgO[1-10]和ZnO[1-100]//MgO[11-2]以及ZnO(001)//MgO(111);TEM結(jié)果印證上述外延關系并且發(fā)現(xiàn)ZnO-MgO界面有較多的位錯，在生長過程中Zn原子滲透到MgO層大概60nm的深度，而

3、Mg原子并未滲透到ZnO層;ZnO薄膜中O-K邊的“軟”XAFS表明，極性面沿著[0001]方向生長，Zn-K邊“硬”EXAFS發(fā)現(xiàn)Zn-O和Zn-Zn化學鍵長比體材料略小，表明納米尺度的化學鍵能比體材料大。同時，引入同質(zhì)緩沖層優(yōu)化了ZnO薄膜的晶體質(zhì)量和光學性能，XRD搖擺曲線半高寬最小，對應螺位錯密度最小，PL結(jié)果表明在380nm處具有很強的近帶邊發(fā)射，未見可見光，優(yōu)異的光學性能在材料制備后7個月仍能再現(xiàn)。
　　本文還通過實驗