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

1、作為寬帶隙半導體的氧化鋅，禁帶寬度為3.37eV，激子束縛能高達60meV，激子增益也可達到300cm-1，是一種理想的短波長發(fā)光器件材料，在LEDs、LDs等領域有巨大的應用潛力。要實現(xiàn)ZnO在光電領域的廣泛應用，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型半導體，而理論計算預言氮元素可以在ZnO薄膜中形成淺的受主能級，Yamamoto通過理論計算指出，施主和受主元素共摻可以大幅促進

2、受主元素在ZnO中的摻雜量。因此，本課題采用閉合場非平衡磁控濺射技術在高純石英襯底上制備了N及Al-N共摻ZnO薄膜，對共摻與非共摻樣品的光學性能進行了對比分析，并分析了不同退火條件對ZnO薄膜結構和光學性能的影響，獲得以下結論:
　　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，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ZnO薄膜厚度的計算結果顯示，當靶電流1.0A、沉積時間3小時，氮氧比3∶2時的膜厚大約為607nm。
　　對ZnO∶N和ZnO∶(Al，N)薄膜的光學性能對比分析得出，Al的摻入會促進更多的N的摻入，而導致薄膜嚴重的品格畸變，同時透射譜吸收邊發(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原子的受主能級摻