ZnO和AlN薄膜的MOCVD生長(zhǎng)及其性質(zhì)研究.pdf_第1頁(yè)
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1、ZnO是一種II-VI族寬禁帶半導(dǎo)體化合物,在室溫下?lián)碛?.3eV的禁帶寬度和60meV的激子束縛能,這使其在光電器件領(lǐng)域的應(yīng)用前景十分看好。ZnO在某些方面具有比GaN更優(yōu)越的性能,如:更高的禁帶寬度和激子束縛能有利于提高器件的發(fā)光強(qiáng)度、組分豐度高、原料成本低等,這些因素使得ZnO在光電領(lǐng)域的應(yīng)用,已成為GaN有力的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。ZnO成為現(xiàn)階段光電材料研究領(lǐng)域的新熱點(diǎn)。在今后的發(fā)展中,ZnO基光電器件很可能將取代或部分取代GaN光電器件

2、。但目前ZnO基光電器件的研究缺遇到了瓶頸,在ZnO的生長(zhǎng)中雜質(zhì)和缺陷的控制始終未能取得突破。因此需要對(duì)ZnO晶體的生長(zhǎng)以及雜質(zhì)和缺陷等對(duì)于材料的性質(zhì)的影響進(jìn)行深入的研究。AlN材料因具有表面聲學(xué)波傳播速率高、禁帶寬度寬、絕緣和導(dǎo)熱性能好、性質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn),在表面聲學(xué)波、短波長(zhǎng)發(fā)光、SOI器件以及陶瓷材料等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用,也受到了廣泛的關(guān)注本文圍繞上述觀點(diǎn),使用MOCVD方法對(duì)ZnO薄膜的生長(zhǎng)以及本征缺陷對(duì)于薄膜的發(fā)光性能的影響進(jìn)行了

3、一系列的研究。主要工作有:采用水汽作氧源,二乙基鋅作鋅源,研究了外延條件對(duì)ZnO薄膜生長(zhǎng)的影響。發(fā)現(xiàn)更高的DEZn流量有利于增強(qiáng)ZnO薄膜的紫外發(fā)光強(qiáng)度,但會(huì)使薄膜的生長(zhǎng)呈雙擇優(yōu)取向模式。在此前提下,保持較高的鋅氧源摩爾比,優(yōu)化了其它生長(zhǎng)條件,成功制備了具有單一c軸擇優(yōu)取向且能產(chǎn)生較強(qiáng)紫外發(fā)光的ZnO薄膜。在此基礎(chǔ)上對(duì)ZnO薄膜的性質(zhì)展開(kāi)了進(jìn)一步研究。分析了鋅氧源流量比、基片溫度、熱處理?xiàng)l件對(duì)于ZnO薄膜性質(zhì)的影響。得出的主要結(jié)論為:Z

4、nO中的紫外發(fā)光主要來(lái)自于自由激子和Zni施主的復(fù)合發(fā)射,兩者濃度的提高都有利于增強(qiáng)ZnO的紫外發(fā)光。采用RF裂解載氣N2產(chǎn)生等離子體N源,在MOCVD設(shè)備上生長(zhǎng)了a軸擇優(yōu)取向的AlN薄膜。改變載氣流量、生長(zhǎng)溫度、裂解功率生長(zhǎng)了多個(gè)系列樣品。對(duì)樣品的分析結(jié)果表明,各種生長(zhǎng)條件的變化對(duì)于制得的薄膜特性有不同的影響。在以上的工作基礎(chǔ)上,進(jìn)行了ZnO/AlN/Si結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)和特性研究。本文共分6章:第一章,主要介紹了ZnO、AlN材料的基本性

5、質(zhì),應(yīng)用前景和研究現(xiàn)狀。對(duì)主要的薄膜制備和表征手段進(jìn)行了概述。提出了本文的工作要點(diǎn)。第二章,研究了采用不同進(jìn)氣模式下生長(zhǎng)的ZnO薄膜的結(jié)晶和發(fā)光性質(zhì)。分析了鋅源濃度的提高對(duì)ZnO薄膜的生長(zhǎng)和發(fā)光的影響。第三章,研究了生長(zhǎng)條件對(duì)薄膜性質(zhì)的影響并對(duì)生長(zhǎng)條件進(jìn)行了一系列優(yōu)化,最終在高鋅源濃度氣氛中制備了具有較強(qiáng)的紫外發(fā)光強(qiáng)度和單一c軸擇優(yōu)取向的ZnO薄膜。第四章,通過(guò)改變鋅氧源流量比、生長(zhǎng)溫度、熱處理溫度,進(jìn)一步研究了ZnO薄膜本征缺陷與其發(fā)

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