Si基二維孔構ZnO周期結構薄膜生長及性能研究.pdf

1、近年來，隨著顯示器、照明及信息存儲技術對短波長光源需求的日益增長，使得短波長LED和激光器等發(fā)光器件的制作越來越引起人們的重視。寬禁帶氧化物半導體材料ZnO(3.37eV)由于其在短波長光電子器件方面的巨大應用前景，受到了國內外學術界的廣泛關注。與ZnSe(22meV)、ZnS(40meV)和GaN(25meV)等相比，ZnO因其激子結合能高達60meV而成為更適合于室溫或更高溫度下工作的低閾值短波長發(fā)光材料。 光子晶體是一種由

2、不同介電常數的材料周期性排列構成的一種新型材料。這種材料對光的周期布拉格散射使得一定頻段的光不能在其中傳播，從而形成類似電子帶隙的光子帶隙。利用光子晶體，可以控制材料的自發(fā)輻射，從而控制光子的運動與傳播。二維平板光子晶體在控制自發(fā)輻射方面取得了巨大的進展：它可以抑制面內的自發(fā)輻射，使垂直板面的自發(fā)輻射發(fā)光得到極大地增強，從而大大提高了發(fā)光效率，因此可用來制作低閾值激光器等發(fā)光器件。ZnO作為優(yōu)越的短波長發(fā)光材料與光子晶體的結合已經開始引

3、起人們的廣泛關注。最近幾年關于ZnO光子晶體材料制備的報道越來越多。但是，高質量單晶ZnO光子晶體材料的生長仍然是人們迫切需要解決的一個關鍵問題。本論文針對這一難題，利用射頻等離子體輔助分子束外延法探索了Si襯底上具有二維周期結構的高質量ZnO薄膜的生長。 我們首先對Si襯底表面進行了預加工，獲得了孔形的周期點陣結構，然后在該襯底上外延生長了具有相同周期結構的ZnO薄膜。利用該方法，我們有效地避免了先生長再加工對膜造成的機械損傷

4、及雜質離子的污染，制備了具有較高結晶質量和較好表面形貌的ZnO周期結構，為ZnO光子晶體的制作及其它基于周期結構的光子器件的制作提供了一種新穎的方法。 采用低溫界面工程+ZnO雙溫緩沖層方法生長ZnO周期結構薄膜，利用反射式高能電子衍射、X射線衍射測試，掃描電子顯微鏡等技術，系統(tǒng)研究了不同晶面取向的Si襯底及不同的外延生長溫度對ZnO薄膜結晶質量及表面周期形貌的影響。發(fā)現(xiàn)，Si(100)襯底上獲得的是具有旋轉疇的c軸取向ZnO薄