非平衡閉合磁控濺射制備ZnO薄膜及Al、N摻雜對(duì)其光學(xué)性能影響的研究.pdf

1、作為寬帶隙半導(dǎo)體的氧化鋅，禁帶寬度為3.37eV，激子束縛能高達(dá)60meV，激子增益也可達(dá)到300cm-1，是一種理想的短波長(zhǎng)發(fā)光器件材料，在LEDs、LDs等領(lǐng)域有巨大的應(yīng)用潛力。要實(shí)現(xiàn)ZnO在光電領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，首先必須獲得性能良好的n型和p型ZnO材料。但是未摻雜ZnO薄膜由于其本征缺陷使其成為天然的n型半導(dǎo)體，而理論計(jì)算預(yù)言氮元素可以在ZnO薄膜中形成淺的受主能級(jí)，Yamamoto通過(guò)理論計(jì)算指出，施主和受主元素共摻可以大幅促進(jìn)

2、受主元素在ZnO中的摻雜量。因此，本課題采用閉合場(chǎng)非平衡磁控濺射技術(shù)在高純石英襯底上制備了N及Al-N共摻ZnO薄膜，對(duì)共摻與非共摻樣品的光學(xué)性能進(jìn)行了對(duì)比分析，并分析了不同退火條件對(duì)ZnO薄膜結(jié)構(gòu)和光學(xué)性能的影響，獲得以下結(jié)論:
　　XRD顯示退火后ZnO薄膜具有明顯的c軸擇優(yōu)取向，晶體質(zhì)量大為提高;在原子力顯微鏡下觀察到薄膜晶粒垂直于襯底生長(zhǎng)，且隨氧氬比由1∶1增大到3∶2，晶粒尺寸變大，晶粒排列更加均勻、致密、連續(xù)，表面粗糙

3、度降低;對(duì)ZnO薄膜厚度的計(jì)算結(jié)果顯示，當(dāng)靶電流1.0A、沉積時(shí)間3小時(shí)，氮氧比3∶2時(shí)的膜厚大約為607nm。
　　對(duì)ZnO∶N和ZnO∶(Al，N)薄膜的光學(xué)性能對(duì)比分析得出，Al的摻入會(huì)促進(jìn)更多的N的摻入，而導(dǎo)致薄膜嚴(yán)重的品格畸變，同時(shí)透射譜吸收邊發(fā)生紅移，禁帶變窄，并且ZnO∶(Al，N)薄膜出現(xiàn)了紫外發(fā)光峰。
　　退火對(duì)ZnO∶(Al，N)薄膜的影響:退火提供的能量使N2有效地分解成N原子成為代替O原子的受主能級(jí)摻