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氧化锌(ZnO)是一种直接带隙宽禁带(3.37cV)Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体材料,具有较大的激子束缚能(60meV),可以在室温下实现紫外光的受激发射,为短波发光器件和激光器的应用提供了广阔的发展前景。同时,ZnO薄膜在可见光范围内的高透过率,良好的压电、声电、压敏特性使其在透明电极、窗口材料、压电换能器和声表面波器中得到广泛的应用。ZnO的优异的特性依赖于高质量,低成本的ZnO薄膜的制备。基于此,本文采用激光脉冲沉积方法来生长高质量的ZnO薄膜,主要研究了ZnO薄膜在异质衬底金刚石膜和单晶硅上的生长以及退火处理对薄膜结构和发光特性的影响,尤其对ZnO薄膜中少见的红光发射做了初步解释。
在第一章里,简述了ZnO的基本结构和基本性质,制备ZnO薄膜常用的几种方法,比较了他们之间的优缺点。回顾了近年来国内外ZnO薄膜的制备、应用等方面的研究进展。
在第二章里,主要介绍了本文用于制备ZnO薄膜的PLD系统及其薄膜制备的基本原理,探讨了影响薄膜生长的几个主要因素。最后介绍了本论文用到的测试手段及其工作原理。
在第三章里,针对金刚石和ZnO的结合是解决ZnO和金刚石中p-n结制备的问题的有效途径,本章主要研究了不同织构的金刚石衬底对ZnO薄膜的结构和发光特性的影响。详细讨论了应力的因素,并讨论ZnO的紫外和可见光的发射机制。
在第四章里,通过对半导体Si衬底进行富Zn和富O处理,然后生长高质量的ZnO薄膜,研究了不同的预处理方式对样品的结晶质量的影响。另外我们发现了少见的ZnO的红光发射,经过对样品在不同气氛中退火研究,得出了ZnO薄膜中红光发射可能来自于施主缺陷能级和受主缺陷能级之间的跃迁的结论。