脉冲激光沉积制备zno薄膜及其结构和发光特性分析

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1、脉冲激光沉积制各znO薄膜及其结构和发光特性分析摘要氧化锌(zno)是一种直接带隙宽禁带(3．37eV)II一Ⅵ族化合物半导体材料，具有较大的激子束缚能(60ⅢeV)，可以在室温下实现紫外光的受激发射和全色显示，是继GaN之后在半导体光电领域又一研究热点。znO薄膜被广泛应用于透明电极、太阳能电池窗口、声表面波器件、发光二极管等。同时ZnO用于制造紫外发光器件和紫外激光器，对于提高光记录密度及光信息的存取速度起着非常重要的作用。znO薄膜的制作方法很多，主要有磁控溅射法(magnetronsputtering)、溶胶凝胶法(so卜g÷1)、喷雾热解法(spayp

2、yrolysis)、分子束外延(船E)、脉冲激光沉积(PLD)、金属有机物化学气相沉积(MOcvD)、原子层外延生长法(ALE)等。脉冲激光沉积是近年来发展起来的先进的薄膜生长技术，它是在高真空背景下用高能激光烧蚀zn0靶材生成蒸发物沉积在加热衬底上生长晶体薄膜的。本文用脉冲激光沉积方法在Si(001)衬底上生长ZnO薄膜，讨论了不同的衬底温度、退火温度、氧压等生长条件对znO薄膜结构和发光特性的影响：用xRD对薄膜的结晶质量进行分析；用AFM、sEM对薄膜的表面形貌进行表征：用PL对薄膜的发光特性进行研究。得到以下结果：1．衬底温度对znO薄膜质量有重要影响。

3、在500℃～600℃衬底温度范围内，xRD的衍射峰增强，半高宽从O．259。减小到0．198。。这表明随着衬底温度升高，结晶质量得以改善；AFM显示了晶粒长大的过程：PL谱表明600℃生长的Zn0薄膜在380nm处有强的紫外发射峰，同时有较大的紫外光与可见光强度比。2．ZnO薄膜在空气中不同温度下退火处理，退火温度分别为600℃、650℃、750℃，退火时间l小时。退火可使c轴生长的薄膜取向性增强；随退火温度升高，沿c轴的张应力逐渐减小，而后转变为压应力，在650℃有较小的张应力一1．7×10谢／寸；同时晶粒增大，表面粗糙度也随之增加。PL表明650℃退火的薄膜

4、样品，其紫外带边发射和深能级发射的比值最大，约为6．8：1，这表明样品的带间跃迁占了主导地位。3．氧压不同制备的znO薄膜质量也不同。在不同的氧气压力下(0Pa～50Pa)生长ZnO薄膜，xRD表明10Pa的氧压时有较强的(002)衍射峰和较小的半高宽。PL谱表明10Pa的氧压有较大的紫外峰强度和深能级峰强度之比。氧压增大，有利于降低氧缺陷浓度，但过高的氧压会使粒子碰撞几率增大、沉积速率减少，影响薄膜的结晶质量。关键词：zn0薄膜；脉冲激光沉积；光致发光光谱脉冲激光沉积制各znO薄膜及其结构和发光特性分析AbstractZnoisaseⅡ1jconductorm

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