ZnO基合金薄膜及ZnCdO-ZnO量子阱的結(jié)構(gòu)與光學性能研究.pdf

1、ZnO的禁帶寬度為3.37eV和激子束縛能為60meV，是制備半導體發(fā)光二極管和激光器的理想材料。ZnO基器件設計的一個重要步驟是實現(xiàn)其能帶調(diào)節(jié)從而制備量子阱結(jié)構(gòu)。為實現(xiàn)ZnO的能帶調(diào)節(jié)，ZnMgO、ZnCdO以及ZnSO等合金薄膜的制備尤為重要。通過Cd的合金化形成的ZnCdO薄膜可以實現(xiàn)ZnO的帶邊發(fā)光從紫外到藍光甚至綠光波段范圍內(nèi)可調(diào)。因此，ZnCdO基異質(zhì)結(jié)或量子阱結(jié)構(gòu)是實現(xiàn)ZnO基光電器件應用必不可少的。
　　本文采用脈

2、沖激光沉積(PLD)的方法在石英襯底上制備了ZnO薄膜、ZnCdO、ZnSO和ZnNiO合金薄膜。通過優(yōu)化試驗參數(shù)得到平整的ZnO薄膜，帶隙可調(diào)的ZnCdO和ZnSO合金薄膜，以及具有室溫鐵磁性的ZnNiO合金薄膜。然后我們采用PLD方法在藍寶石襯底上制備了ZnCdO/ZnO量子阱結(jié)構(gòu)。通過光致發(fā)光譜，我們研究了該結(jié)構(gòu)的光學性能。
　　1.采用PLD制備了高質(zhì)量的ZnO薄膜、ZnCdO、ZnSO和ZnNiO合金薄膜。我們研究了襯底

3、溫度、沉積氧壓和靶材等參數(shù)對薄膜的影響。通過改變靶材中Cd含量，制備得到的ZnCdO合金薄膜最高摻入9.6％的Cd而不改變晶相，并且使得ZnCdO的禁帶寬度在室溫下從2.88eV至3.26eV范圍內(nèi)可調(diào)。通過改變襯底溫度，制備得到ZnSO合金薄膜最高摻入13.8％的S而不改變晶相，并且使得ZnSO的禁帶寬度在室溫下從3.11eV至3.26eV范圍內(nèi)可調(diào)。比較不同Ni含量ZnNiO薄膜和Na共摻ZnNiO薄膜，我們研究了其電學性能與磁學性

4、能的關(guān)系。Ni含量為3at.％的ZnNiO薄膜樣品，電學性能最佳，并具有室溫鐵磁性。通過對ZnNiO薄膜共摻Na，使得ZnNiO薄膜由n型向p型轉(zhuǎn)變，同時，室溫鐵磁性顯著增強，其矯頑力達100Oe，飽和磁化強度為0.08μB/atom。研究結(jié)果表明p型Na+有助于增強ZnNiO薄膜中的鐵磁交換作用。
　　2.制備了不同Cd含量ZnCdO/ZnO異質(zhì)結(jié)。通過XPS測試，計算得到ZnCd0.05O/ZnO和ZnCd0.1O/ZnO異質(zhì)

5、結(jié)中價帶偏移量分別為0.06eV和0.2eV，并繪制了ZnCdO/ZnO異質(zhì)結(jié)的能帶圖。在c面藍寶石襯底上成功制備了一系列不同阱寬的高質(zhì)量ZnCdO/ZnO量子阱結(jié)構(gòu)。研究結(jié)果表明多量子阱的光學性能優(yōu)于單量子阱。通過XRD，STEM，EDS線掃描等測試結(jié)果證明所制備的多量子阱結(jié)構(gòu)具有周期性結(jié)構(gòu)、晶體質(zhì)量高和界面平整。變溫PL譜中發(fā)光峰S型偏移是由激子局域化效應導致。我們提出了局域化激子隨溫度變化的行為模型，推算出ZnCdO/ZnO量子阱