ZnO薄膜的磁控溅射法制备及其性质研究

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1、中山大学硕士学位论文ZnO薄膜和p型ZnO薄膜的磁控溅射法制备及其性质研究姓名：赵银平申请学位级别：硕士专业：光学指导教师：汪河洲20060501摘要ZnO是一种新型的宽禁带化合物半导体材料，其室温禁带宽度为3．37eV，熔点为2230K，具有良好的热稳定性和化学稳定性以及更短的激射波长，是制作短波长激光器以及紫外探测器的理想材料。ZnO最大的优点是其高的激子束缚能(60meV)，比同是II一Ⅵ族的ZnSe(2lmeV)及III—V族GaN(20meV)高出许多，高的激子束缚能使其在室温下具有强的激子发光特性。本论文利用射频磁控反应

2、溅射技术生长出具有高度晶面(002)取向的ZnO外延薄膜。通过原子力显微镜(AFM)、X射线衍射(XRD)、吸收光谱(ABS)和荧光光谱(PL)等测量分析手段，分别研究分析了不同衬底、不同溅射气氛和退火对ZnO薄膜结晶质量及光学性质的影响。研究表明，在200℃低温生长的硅基ZnO外延薄膜能够形成几十到几百纳米的氧化锌准六角结构外形，而玻璃基底上则没有。当氧氩比为4：1时，吸收谱激子峰最佳；而退火处理后，所有样品的结晶质量提高，表面更平整，且吸收谱的激子峰(363ram)得到加强，同时出现了402nm的晶体内本征氧空位的紫光发射。P型

3、掺杂是形成p-n结，实现ZnO电注入发光的关键技术。本论文应用磁控溅射的方法，首次采用“高掺磷Si衬底-ZnO薄膜磷扩散法”制备了P型ZnO薄膜。XRD测试结果显示了P型ZnO薄膜的高度C轴择优取向，其结晶尺寸大约18nm。P型ZnO薄膜与n型Si衬底之间的异质p—n结具有开启电压为2．5V、较低的反向漏电电流的良好的伏安特性曲线。关键词：ZnO薄膜，P型ZnO薄膜，射频磁控溅射，反应溅射，光致发光ABSTRACTZnOisanovelwide—gapsemiconductor,whichhasabandgapof3．37eV,co

4、mbiningwithhighexcitonicgainandlargeexcitonbindingenergy(60meV)．ItisasuitablecandidatefortheUVoptoelectronicdeviceapplications．Inthispaper，lowtemperatureepitaxialgrowthofhighlyc-axis(0002)orientedZnOthinfilmswereachievedonn-Si(001)andquartzglasssubstratesseparatelybyre

5、activeradiofrequency(RDmagnetoCO—sputteringtechnique，ThepropertiesofthesampleswerestudiedbyX-raydiffraction(XRD)，atomicforcemicroscopy(AFM)，absorptionspectroscopy(ABS)andphotoluminescence(PL)．ItisfoundthatthestructureandopticalpropertiesofZnOthinfilmsareinfluencedbythe

6、sputteringatmosphereandtheannealprocedure．Aquasi-hexagonalstructureofZnOthinfilmisobservedbyAFMwhenitWaSdepositedonn-Si(001)substrateatlowtemperature，butnotonglasssubstrates．Thestrongestexcitonpeakintheabsorptionspectrum(ABS)appearsattheratioof4：1(02／Arratio)．Afteranne

7、alingtreatment，thesurfacemorphologyandthefilmqualityofallthesampleswereimprovedobviously，thereforetheexcitonpeak(363nm)wasenhanced，andnativedonordefects(Vo)luminescenceof402urnwasobservedaccordingly．P—typedopingofZnOisakeysteptOobtainp-njunctionsandtOrealizetheelectric

8、currentinjectedemissionofUV-emittingdiode．P—typeZnOwerepreparedOnn+一typesingle·crystalSi(100)(phosphordoped)substrate