MOCVD生長ZnO和Mg-,x-Zn-,1-x-O薄膜及性能研究.pdf

1、近幾年商業(yè)上對研制高效的藍光LED和短波長激光二極管的強烈需求,使人們掀起了對可產(chǎn)生短波長的寬禁帶半導體材料的研究熱潮.作為繼GaN之后的新一代短波長半導體光電材料,ZnO寬禁帶半導體材料具有廣闊的應(yīng)用前景.金屬有機物化學氣相淀積(Metalorganic Chemical Vapor Deposition,簡寫MOCVD)是在氣相外延生長(VPE)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型氣相外延生長技術(shù),不僅具有超薄層、陡界面外延生長的能力,而且還

2、具有設(shè)備簡單、操作方便、便于大規(guī)模生產(chǎn)等特點.我們用MOCVD技術(shù)分別以DMZn和THF作為Zn源和O源、以氮氣作為載氣、在藍寶石(0001方向)襯底上生長了ZnO薄膜.研究發(fā)現(xiàn)在850℃和N<,2>氣氛中退火一個小時后,ZnO薄膜的晶體質(zhì)量和發(fā)光性能大大提高,晶粒尺寸增大.退火后的ZnO薄膜除了有很強的峰值波長在378nm(3.28eV)紫外發(fā)光峰,還觀察到發(fā)光中心在416nm(2.98eV)左右的紫光峰.我們認為紫光發(fā)光峰是由于Zn

3、O薄膜的晶粒間界處存在的界面俘獲陷阱導致的輻射復合發(fā)光,而且紫外峰的強度與薄膜的晶體質(zhì)量有很大關(guān)系.ZnO薄膜(002)方向的XRD衍射峰的半峰寬達到0.19°,獲得了室溫下378nm的紫外發(fā)射峰和低溫下370nm的紫外發(fā)射峰,表明退火后的ZnO薄膜具有良好的晶體質(zhì)量.我們用MOCVD技術(shù)以二乙基鋅(DEZn)作為Zn源、二茂鎂(cP<,2>Mg)作為Mg源、用乙醇作為O源、用氮氣作為載氣在藍寶石襯底上生長Mg<,x>Zn<,1-x>O

4、薄膜.我們發(fā)現(xiàn)440℃下生長的樣品發(fā)光強度最大,510nm左右的由氧空位引起的綠光峰隨著生長溫度的提高而減弱;薄膜的帶隙隨著Mg含量的增加(x=0.073、0.13、0.19和0.238)分別藍移了25meV、33meV、50meV和59meV,可見Mg摻雜ZnO可有效調(diào)節(jié)禁帶寬度,Mg<,x>Zn<,1-x>O可以作為ZnO的理想的勢壘材料;Mg<,x>Zn<,1-x>O薄膜XRD(002)方向衍射峰隨x的增大而向大角度方向移動,表明