單源化學氣相沉積法異質外延生長ZnO薄膜.pdf

1、ZnO是一種纖鋅礦結構的直接寬禁帶半導體材料，室溫下禁帶寬度3.37eV，激子束縛能高達60meV，具有優(yōu)異的光電性能，所以在太陽能電池、聲表面波器件、氣敏傳感器和光電器件方面有著廣泛應用。實現(xiàn)高質量、特定取向的ZnO薄膜的異質外延生長是研究的熱點，特別是非極性取向薄膜的可控生長是有待突破的瓶頸。目前研究表明，由于非極性ZnO具有極性ZnO所沒有的一些特性，比如：它可以通過抑制或減弱由極性ZnO引起的自發(fā)極化和強壓電效應，提高ZnO薄膜

2、的發(fā)光效率，因而非極性ZnO同樣值得科研工作者的關注。高質量的ZnO薄膜可以通過改變襯底或緩沖層異質外延生長，本文基于單源化學氣相沉積(SSCVD)法異質外延生長高質量ZnO薄膜展開，具體內容如下：
　　1.采用SSCVD法在Au/SiO2襯底上制備了c軸擇優(yōu)取向的ZnO薄膜，研究了襯底溫度對制備的ZnO薄膜微結構的影響，室溫下PL譜表征了Au/SiO2襯底上制備的ZnO薄膜的光學性能，PL譜中看出在402nm處出現(xiàn)較強的紫光發(fā)射

3、峰，沒有出現(xiàn)與缺陷相關的深能級發(fā)射峰，表明ZnO薄膜的發(fā)光性能較好。
　　2.調整制備a面ZnO薄膜的工藝參數(shù)(源溫度、襯底溫度、沉積時間)，通過改變襯底(SiO2、Si、Al2O3)，采用SSCVD法在Si(001)和Al2O3(1120)襯底上制備了c軸擇優(yōu)取向度較高的ZnO薄膜，而在Al2O3(0112)襯底上制備出高結晶質量的單一取向的非極性a面ZnO薄膜，并利用a面ZnO的(1120)晶面特征衍射峰峰位計算了a面ZnO薄

4、膜內存在的應力類型及大小。
　　3.為了研究薄膜與襯底的外延取向關系，對a面ZnO薄膜和Al2O3(0112)襯底分別進行(1010)、(1011)和(2022)面內φ掃描，分析得出，ZnO薄膜與 Al2O3襯底的面外取向關系為ZnO(1120)//Al2O3(0112)，面內外延取向關系為ZnO[1101]//Al2O3[1231]。A面ZnO的(1010)晶面的φ掃描、ω-2θ掃描和ω掃描表明，我們利用SSCVD法制備的a面Z

5、nO薄膜是高結晶質量的外延薄膜。A面ZnO薄膜的倒易空間強度二維分布圖表明a面ZnO薄膜與襯底間存在應變層，此應變層來自襯底本身，可能是導致薄膜與襯底產生晶向差的根源。
　　4. PL譜、Raman譜及透射譜分別對ZnO薄膜的光學性質進行表征，PL譜表明制備的ZnO薄膜在520nm處出現(xiàn)強烈的綠光發(fā)射峰，此峰表明ZnO薄膜內可能存在VO缺陷。Raman譜中顯示ZnO薄膜的E2(High)特征拉曼峰峰位向低頻移動，進一步表明 ZnO