脈沖激光沉積制備ZnO薄膜及其結構和發(fā)光特性分析.pdf

1、氧化鋅(ZnO)是一種直接帶隙寬禁帶(3．37eV)II-VI族化合物半導體材料，具有較大的激子束縛能(60meV)，可以在室溫下實現(xiàn)紫外光的受激發(fā)射和全色顯示，是繼GaN之后在半導體光電領域又一研究熱點。ZnO薄膜被廣泛應用于透明電極、太陽能電池窗口、聲表面波器件、發(fā)光二極管等。同時ZnO用于制造紫外發(fā)光器件和紫外激光器，對于提高光記錄密度及光信息的存取速度起著非常重要的作用。ZnO薄膜的制作方法很多，主要有磁控濺射法(magnetr

2、onsputtering)、溶膠凝膠法(sol-gel)、噴霧熱解法(spaypyrolysis)、分子束外延(MBE)、脈沖激光沉積(PLD)、金屬有機物化學氣相沉積(MOCVD)、原子層外延生長法(ALE)等。脈沖激光沉積是近年來發(fā)展起來的先進的薄膜生長技術，它是在高真空背景下用高能激光燒蝕ZnO靶材生成蒸發(fā)物沉積在加熱襯底上生長晶體薄膜的。本文用脈沖激光沉積方法在Si(∞1)襯底上生長ZnO薄膜，討論了不同的襯底溫度、退火溫度、氧

3、壓等生長條件對ZnO薄膜結構和發(fā)光特性的影響；用XRD對薄膜的結晶質(zhì)量進行分析；用AFM、SEM對薄膜的表面形貌進行表征：用PL對薄膜的發(fā)光特性進行研究。得到以下結果： L襯底溫度對ZnO薄膜質(zhì)量有重要影響。在500℃～600~C襯底溫度范圍內(nèi)，XRD的衍射峰增強，半高寬從0．259。減小到0．198。。這表明隨著襯底溫度升高，結晶質(zhì)量得以改善；AFM顯示了晶粒長大的過程；PL譜表明600'(2生長的ZnO薄膜在380nm處有強

4、的紫外發(fā)射峰，同時有較大的紫外光與可見光強度比。 2．ZnO薄膜在空氣中不同溫度下退火處理，退火溫度分別為600~C、650~C、750'C，退火時間1小時。退火可使c軸生長的薄膜取向性增強；隨退火溫度升高，沿C軸的張應力逐漸減小，而后轉變?yōu)閴簯Γ?50~C有較小的張應力一1.7×108N/m2；同時晶粒增大，表面粗糙度也隨之增加。PL表明650C退火的薄膜樣品，其紫外帶邊發(fā)射和深能級發(fā)射的比值最大，約為6．8：1，這表明樣