ZnO和AlN薄膜的MOCVD生長及其性質研究.pdf

1、ZnO是一種II-VI族寬禁帶半導體化合物,在室溫下擁有3.3eV的禁帶寬度和60meV的激子束縛能,這使其在光電器件領域的應用前景十分看好。ZnO在某些方面具有比GaN更優越的性能,如:更高的禁帶寬度和激子束縛能有利于提高器件的發光強度、組分豐度高、原料成本低等,這些因素使得ZnO在光電領域的應用,已成為GaN有力的競爭對手。ZnO成為現階段光電材料研究領域的新熱點。在今后的發展中,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的生長中雜質和缺陷的控制始終未能取得突破。因此需要對ZnO晶體的生長以及雜質和缺陷等對于材料的性質的影響進行深入的研究。AlN材料因具有表面聲學波傳播速率高、禁帶寬度寬、絕緣和導熱性能好、性質穩定等優點,在表面聲學波、短波長發光、SOI器件以及陶瓷材料等領域有著廣泛的應用,也受到了廣泛的關注本文圍繞上述觀點,使用MOCVD方法對ZnO薄膜的生長以及本征缺陷對于薄膜的發光性能的影響進行了

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ZnO薄膜生長的影響。發現更高的DEZn流量有利于增強ZnO薄膜的紫外發光強度,但會使薄膜的生長呈雙擇優取向模式。在此前提下,保持較高的鋅氧源摩爾比,優化了其它生長條件,成功制備了具有單一c軸擇優取向且能產生較強紫外發光的ZnO薄膜。在此基礎上對ZnO薄膜的性質展開了進一步研究。分析了鋅氧源流量比、基片溫度、熱處理條件對于ZnO薄膜性質的影響。得出的主要結論為:Z

4、nO中的紫外發光主要來自于自由激子和Zni施主的復合發射,兩者濃度的提高都有利于增強ZnO的紫外發光。采用RF裂解載氣N2產生等離子體N源,在MOCVD設備上生長了a軸擇優取向的AlN薄膜。改變載氣流量、生長溫度、裂解功率生長了多個系列樣品。對樣品的分析結果表明,各種生長條件的變化對于制得的薄膜特性有不同的影響。在以上的工作基礎上,進行了ZnO/AlN/Si結構的生長和特性研究。本文共分6章:第一章,主要介紹了ZnO、AlN材料的基本性

5、質,應用前景和研究現狀。對主要的薄膜制備和表征手段進行了概述。提出了本文的工作要點。第二章,研究了采用不同進氣模式下生長的ZnO薄膜的結晶和發光性質。分析了鋅源濃度的提高對ZnO薄膜的生長和發光的影響。第三章,研究了生長條件對薄膜性質的影響并對生長條件進行了一系列優化,最終在高鋅源濃度氣氛中制備了具有較強的紫外發光強度和單一c軸擇優取向的ZnO薄膜。第四章,通過改變鋅氧源流量比、生長溫度、熱處理溫度,進一步研究了ZnO薄膜本征缺陷與其發