復摻雜與高溫退火對ZnO薄膜的結構和光學性質(zhì)的影響研究.pdf

1、ZnO是一種重要的直接寬帶隙半導體材料。激子束縛能高達60meV，比室溫熱離化能26meV高很多，激子不易發(fā)生熱離化，因而易于實現(xiàn)高效率的激光發(fā)射，是制備短波長發(fā)光器件的理想材料。對于一種發(fā)光材料，研究如何改善其發(fā)光性能對提高器件的發(fā)光效率具有非常重要的意義。而摻雜是影響半導體ZnO薄膜發(fā)光特性的主要手段之一。目前，單一元素摻雜的ZnO薄膜已被廣泛研究了，而對其進行復摻雜的研究還比較少。 在本論文中，為了研究ZnO薄膜的發(fā)光機制

2、和復摻雜對ZnO薄膜的結構與光學性質(zhì)的影響，我們對ZnO薄膜進行了高溫退火與復摻雜處理。研究發(fā)現(xiàn)，在同樣高溫850℃下退火下，利用電子束蒸發(fā)法在TiO2緩沖層上生長的ZnO薄膜與直接在單晶Si襯底上生長的ZnO薄膜表現(xiàn)出了不同的發(fā)光行為：后者不但比前者的綠光發(fā)射要弱，還出現(xiàn)了紫光和藍光發(fā)射。這可能與TiO2緩沖層和ZnO薄膜之間的原子互擴散運動有關。這項研究結果表明：ZnO薄膜的綠光發(fā)射可能主要與ZnO薄膜中的氧空位缺陷有關，紫光發(fā)射與

3、界面陷阱有關，而藍光發(fā)射可能與ZnO薄膜中的Zn間隙、Ti間隙等缺陷有關。研究還發(fā)現(xiàn)，對于溶膠-凝膠法在石英玻璃襯底上生長的Mg-Fe復摻雜的ZnO薄膜，1％Mg和1％Fe復摻雜的ZnO薄膜的結晶質(zhì)量提高了，但當Fe的摻雜濃度進一步提高時，ZnO薄膜的結晶質(zhì)量又下降了，而且紫外發(fā)射性能也減弱了，但藍光發(fā)射卻增強了。這可能是因為較高濃度Fe摻雜導致ZnO的晶格畸變加重，薄膜內(nèi)應力增加，致使ZnO薄膜結晶質(zhì)量下降；ZnO薄膜中出現(xiàn)了更多的間