單源化學(xué)氣相沉積法異質(zhì)外延生長(zhǎng)ZnO薄膜.pdf

1、ZnO是一種纖鋅礦結(jié)構(gòu)的直接寬禁帶半導(dǎo)體材料，室溫下禁帶寬度3.37eV，激子束縛能高達(dá)60meV，具有優(yōu)異的光電性能，所以在太陽(yáng)能電池、聲表面波器件、氣敏傳感器和光電器件方面有著廣泛應(yīng)用。實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量、特定取向的ZnO薄膜的異質(zhì)外延生長(zhǎng)是研究的熱點(diǎn)，特別是非極性取向薄膜的可控生長(zhǎng)是有待突破的瓶頸。目前研究表明，由于非極性ZnO具有極性ZnO所沒(méi)有的一些特性，比如：它可以通過(guò)抑制或減弱由極性ZnO引起的自發(fā)極化和強(qiáng)壓電效應(yīng)，提高ZnO薄膜

2、的發(fā)光效率，因而非極性ZnO同樣值得科研工作者的關(guān)注。高質(zhì)量的ZnO薄膜可以通過(guò)改變襯底或緩沖層異質(zhì)外延生長(zhǎng)，本文基于單源化學(xué)氣相沉積(SSCVD)法異質(zhì)外延生長(zhǎng)高質(zhì)量ZnO薄膜展開(kāi)，具體內(nèi)容如下：
　　1.采用SSCVD法在Au/SiO2襯底上制備了c軸擇優(yōu)取向的ZnO薄膜，研究了襯底溫度對(duì)制備的ZnO薄膜微結(jié)構(gòu)的影響，室溫下PL譜表征了Au/SiO2襯底上制備的ZnO薄膜的光學(xué)性能，PL譜中看出在402nm處出現(xiàn)較強(qiáng)的紫光發(fā)射

3、峰，沒(méi)有出現(xiàn)與缺陷相關(guān)的深能級(jí)發(fā)射峰，表明ZnO薄膜的發(fā)光性能較好。
　　2.調(diào)整制備a面ZnO薄膜的工藝參數(shù)(源溫度、襯底溫度、沉積時(shí)間)，通過(guò)改變襯底(SiO2、Si、Al2O3)，采用SSCVD法在Si(001)和Al2O3(1120)襯底上制備了c軸擇優(yōu)取向度較高的ZnO薄膜，而在Al2O3(0112)襯底上制備出高結(jié)晶質(zhì)量的單一取向的非極性a面ZnO薄膜，并利用a面ZnO的(1120)晶面特征衍射峰峰位計(jì)算了a面ZnO薄

4、膜內(nèi)存在的應(yīng)力類型及大小。
　　3.為了研究薄膜與襯底的外延取向關(guān)系，對(duì)a面ZnO薄膜和Al2O3(0112)襯底分別進(jìn)行(1010)、(1011)和(2022)面內(nèi)φ掃描，分析得出，ZnO薄膜與 Al2O3襯底的面外取向關(guān)系為ZnO(1120)//Al2O3(0112)，面內(nèi)外延取向關(guān)系為ZnO[1101]//Al2O3[1231]。A面ZnO的(1010)晶面的φ掃描、ω-2θ掃描和ω掃描表明，我們利用SSCVD法制備的a面Z

5、nO薄膜是高結(jié)晶質(zhì)量的外延薄膜。A面ZnO薄膜的倒易空間強(qiáng)度二維分布圖表明a面ZnO薄膜與襯底間存在應(yīng)變層，此應(yīng)變層來(lái)自襯底本身，可能是導(dǎo)致薄膜與襯底產(chǎn)生晶向差的根源。
　　4. PL譜、Raman譜及透射譜分別對(duì)ZnO薄膜的光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行表征，PL譜表明制備的ZnO薄膜在520nm處出現(xiàn)強(qiáng)烈的綠光發(fā)射峰，此峰表明ZnO薄膜內(nèi)可能存在VO缺陷。Raman譜中顯示ZnO薄膜的E2(High)特征拉曼峰峰位向低頻移動(dòng)，進(jìn)一步表明 ZnO