p-mbe法生长znmgo合金薄膜及其异质结构的性能研究

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3、Q!垒兰馘世逝兰浙江大学研究生学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得逝望太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。荆黼张k象呜⋯"、丫∞)、曰学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解逝姿态堂有权保留并向国家有关部门或机构送交本论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本入授权逝姿态堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行

4、检索和传播，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本授权书)学位论文作者签名：孑签字日期：加f＼}年6月歹日导师签名：孵L1摘要ZnO作为一种直接禁带半导体材料，具有3．37eV的禁带宽度以及60meV的激子束缚能，在短波长光电器件中具有非常大的应用潜力。ZnO基光电器件应用的一个关键问题是实现能带裁剪从而制备量子阱结构，即能带工程。ZnMgO合金薄膜禁带宽度可以大范围调节，且其晶格常数变化不大，因此是开展ZnO能带工程的首选材料之一。为了实现ZnMgO合金在光电器件和量子阱中的应用，首先要制备优质的ZnMgO单晶薄膜

5、和ZnO／ZnMgO多量子阱结构。同时，异质结是构成量子阱和超晶格的基础，要实现高效的载流子注入和限域作用，异质结界面能带结构的测定和设计至关重要。鉴于上述情况，我们开展了高晶体质量、低缺陷密度的ZnMgO单晶薄膜生长研究；在此基础上，研究Mg组分和生长取向对ZnMgO／ZnO异质结界面能带偏移的影响；最后采用P．MBE法制备了ZnO／ZnMgO量子阱结构，通过光致发光谱研究其光学性能。本文的主要研究内容和结论为：1．采用射频等离子体辅助分子束外延①．MBE)技术在c面蓝宝石衬底上生长了优质的ZnMgO单晶薄膜。通过引入MgO缓冲层技术，ZnMgO合金薄膜室温电

6、子迁移率达到了66cm2VoS～，高分辨XRD摇摆曲线(002)面半峰宽仅47arcsec，螺型位错密度降低至4×106cm～，显著提高了其晶体质量。2．采用光电子能谱法测定了Znl．xMgxO／ZnO异质结的能带带阶。Znl．xMgxO／ZnO异质结的界面能带排列为type．I型结构，其导带带阶和价带带阶比值AEc／AEv分别为1．5(x=0．1)，1．8(x=0．15)，2．0(x=0．2)。这说明Znl．。MgxO／ZnO异质结中能带带阶的偏移量和比值与Mg组分密切相关。3．采用脉冲激光沉积法在C面和r面蓝宝石衬底上制备了极性和非极性取向的Na掺杂ZnMg

7、O薄膜。Hall测试显示a面非极性取向的ZnMgO：Na薄膜呈现P型导电信号，空穴浓度为3．5×1016cm-3，而C面极性取向薄膜的导电类型为补偿型导电。为了探索P型导电机理，我们研究了不同生长取向ZnMgO／ZnO异质结的能带结构。极性和非极性异质结的价带偏移量分别为0．07eV和0．02eV，能带结构均为type—I型，极性ZnMgO／ZnO异质结中的自发极化效应是造成两种异质结能带带阶值差别的主要原因。我们认为，非极性ZnMgO相对于极性价带下移量更小，导致Nazn受主能级变浅，且导带上移量更大引起施主能级变深，这两者的综合作用是非极性ZnMgO：Na薄

8、膜中P型导电的来源。4．