ZnO薄膜制备及其发光特性研究.pdf

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1、光电子-激光第13卷第11期2002年11月Journalofptoelectronics-LaserVol.13No.11Nov.2002n薄膜制备及其发光特性研究王晶张希清梅增霞黄世华徐征北方交通大学光电子技术研究所信息存储显示与材料开放实验室北京1000摘要用射频磁控反应溅射法分别在未加热和加热的石英玻璃衬底上制备Zn薄膜在不同温度下进行退火处理研究衬底温度退火条件对其结构和发光性能的影响通过对样品的X射线衍射XD吸收光谱和光致发光PL光谱的测量结果表明衬底温度为230退火温度为00时样品结晶性能最佳并具有最强的紫外光发射380nm关键词Zn薄膜磁控溅射光致发

2、光PL中图分类号8文献标识码A文章编号1005-0086200211-1116-0PreparationandPropertyInVestigationsofMagnetronSputteredincxideThinFilmsWANGJingZ~ANGXi-gingMEIZeng-xia~UANGShi-huaXUZhengInstituteofptoelectronicTechnologyNorthernJiaotongUniversityKeyLaboratoryofInformationStorageandDisplayBeijing1000ChinaAbst

3、ractThepaperreportsZnthinfilmsonguartzsubstratesdepositedbyradiofreguencyreactivemagnetronsputtering.Inordertoinvestigatetheeffectsofsubstratetemperaturesandannealingcondi-tionsonthestructuralandopticalpropertiesofsputteredZnthinfilmsthesampleshavebeenformedonunheatedandheatedsubstrate

4、sandthenhavebeenannealedatvarioussubstratetemperatures.TheresultsobtainedbyX-raydiffractionXDabsorptionspectraandphotoluminescencePLmeasure-mentsshowZnthinfilmsdepositedat230substratetemperatureandthenannealedat00havethebestcrystallizationandthemostintensiveUVlightemission380nm.Keyword

5、sZnthinfilmMagetronsputteringPhotoluminescencePL备在高质量Si蓝宝石CaF和外延氮化镓等晶体衬21引言底上制备Zn薄膜用简便的方法制备高质量ZnZn是一种宽禁带I-V族化合物半导体在常薄膜还处于探索阶段本文利用射频磁控反应溅射法温常压下的稳定相是纤锌矿结构它是直接带半导体在石英玻璃衬底上沉积了Zn薄膜并对样品进行材料室温下的禁带宽度为3.37eVZn的激子结退火处理研究了退火条件对Zn薄膜结构和发光合能为60meV比室温离化能26meV大很多与特性的影响探索了制备高质量材料的途径为制造ZnSeZnS和GaN相比Zn更适

6、合于在室温或更紫外光电器件奠定基础高温度下实现高功率的激光发射[1]Zn的生长温2实验度比GaN低近1倍这在很在程度上避免了外延膜和衬底的互扩散[2]从而提高了成膜质量此外化学Zn薄膜生长是在ALLIANCECNCEPT公稳定性好材料来源丰富价格低廉这些优点使它可司生产的Line20型射频磁控溅射沉积设备上进行能成为制备光电子器件的优良材料极具开发和应用的实验中采用Ar为溅射气体为反应气体溅2价值射时的工作气压为0.3PaAr/比为7=2Zn靶2目前主要采用L-MBEP-MBE和激光沉积等设纯度为99.9%衬底材料采用石英玻璃在衬底未收稿日期2002-06-19第1

7、1期王晶等:ZnO薄膜制备及其发光特性研究1117加热和加热到Z30C溅射生长ZnO薄膜O并将样品FWHM增加O当退火温度为400C时(00Z)衍射峰分别在400C~450C和500C温度下退火1.5hO的衍射强度最强~FWHM最低这说明400C时的效果最好O这是因为:随着退火温度的升高原子能量3结果和分析增加使之迁移到能量最低的晶格位置形成较好结用X射线衍射(XRD)仪(型号BD90波长为晶性能的薄膜;但退火温度过高时原子有较大的动0.15405nm)分析薄膜样品的结构特性;吸收光谱能O原子在衬底表面的脱附也会随之加剧反而仪(SHIMADZU公司型号UV-31