非极性ZnO基单晶薄膜的制备及ZnO/ZnMgO异质结构的性能研究

发布时间：2021-01-26 06:17

　　基于ZnO的特性（直接带隙半导体,禁带宽度3.37 eV,激子束缚能60 meV）,其被认为有望成为新一代的光电器件材料。ZnO的“能带工程”是指通过合金化对其进行能带裁剪,并在此基础上制备高质量的量子阱结构,它是实现ZnO光电应用的重要基础。然而,通常情况下ZnO沿极性c轴方向择优生长,这会使其受到自发极化和诱导极化的影响,由此产生的内建电场将使多量子阱结构的内量子效率降低、发光波长红移,从而对器件性能造成不利影响。为消除上述不利影响,我们的工作重点将致力于非极性a面ZnO基单晶薄膜的制备及其异质结构的性能研究。主要包括高质量、带隙可调的Zn1-xMgxO薄膜的制备,ZnO/Zn1-xMgxO异质结能带带阶的测定,ZnO/Zn1-xMgxO多量子阱光学性能的研究以及GaN缓冲层对ZnO薄膜晶体质量的提升。获得的主要研究成果如下：1.采用射频等离子体辅助分子束外延（P-MBE）技术,通过优化生长参数,在r面蓝宝石上外延得到非极性a面Zn1-xMgxO合金薄膜。（1120）面摇摆曲线半高宽（FWHM）为1300～2000 arc sec, （1011）面FWHM为1600～1900 ar... 

【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：147 页

【学位级别】：博士

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摘要
Abstract
目录
第一章 引言
第二章 文献综述
    2.1 ZnO的晶体结构
    2.2 ZnO的基本形态
        2.2.1 ZnO体单晶
        2.2.2 ZnO纳米结构
        2.2.3 ZnO薄膜
    2.3 ZnO的物理特性
        2.3.1 ZnO的基本性质
        2.3.2 ZnO的光学性质
        2.3.3 ZnO的电学性质
    2.4 ZnO的能带工程
        2.4.1 ZnO的能带结构
        2.4.2 ZnO的合金化
1-xMg_xO合金">        2.4.3 Zn_1-xMg_xO合金
1-xBe_xO合金">        2.4.4 Zn_1-xBe_xO合金
1-xCd_xO合金">        2.4.5 Zn_1-xCd_xO合金
    2.5 ZnO基量子阱结构
        2.5.1 量子阱的基本概念
        2.5.2 量子阱的物理效应
        2.5.3 ZnO量子阱的研究及应用
    2.6 非极性ZnO薄膜及相关研究进展
        2.6.1 非极性ZnO薄膜的研究意义
        2.6.2 非极性ZnO薄膜的制备方法
        2.6.3 非极性ZnO薄膜的特性及研究进展
1-xMg_xO薄膜及ZnO/Zn_1-xMg_xO量子阱的研究进展">        2.6.4 非极性Zn_1-xMg_xO薄膜及ZnO/Zn_1-xMg_xO量子阱的研究进展
    2.7 本文的研究思路
第三章 实验原理、生长工艺及表征手段
    3.1 实验设备
        3.1.1 MBE的工作原理
        3.1.2 MBE的技术优势
        3.1.3 MBE的设备构造
    3.2 实验原料及生长工艺
        3.2.1 实验原料
        3.2.2 衬底的选择及清洗
        3.2.3 生长工艺
    3.3 表征手段
1-xMg_xO薄膜的外延生长及性能研究">第四章 非极性a面Zn_1-xMg_xO薄膜的外延生长及性能研究
1-xMg_xO薄膜外延生长参数的优化">    4.1 非极性a面Zn_1-xMg_xO薄膜外延生长参数的优化
1-xMg_xO薄膜性能的影响">        4.1.1 生长温度对a面Zn_1-xMg_xO薄膜性能的影响
1-xMg_xO薄膜性能的影响">        4.1.2 氧气流量对a面Zn_1-xMg_xO薄膜性能的影响
1-xMg_xO薄膜性能的影响">        4.1.3 缓冲层厚度对a面Zn_1-xMg_xO薄膜性能的影响
1-xMg_xO薄膜的性能研究">    4.2 不同Mg含量a面Zn_1-xMg_xO薄膜的性能研究
1-xMg_xO薄膜的晶体质量">        4.2.1 不同Mg组分a面Zn_1-xMg_xO薄膜的晶体质量
1-xMg_xO薄膜的表面形貌">        4.2.2 不同Mg组分a面Zn_1-xMg_xO薄膜的表面形貌
1-xMg_xO薄膜的光电性能">        4.2.3 不同Mg组分a面Zn_1-xMg_xO薄膜的光电性能
    4.3 本章小结
1-xMg_xO异质结能带带阶的研究">第五章 非极性a面ZnO/Zn_1-xMg_xO异质结能带带阶的研究
    5.1 能带带阶的测试方法
1-xMg_xO异质结的制备">    5.2 a面ZnO/Zn_1-xMg_xO异质结的制备
xMgxO异质结能带带阶的测定">    5.3 a面ZnO/Znl_xMgxO异质结能带带阶的测定
    5.4 本章小结
1-xMg_xO多量子阱性能的研究">第六章 非极性a面ZnO/Zn_1-xMg_xO多量子阱性能的研究
1-xMg_xO多量子阱的制备">    6.1 a面ZnO/Zn_1-xMg_xO多量子阱的制备
1-xMg_xO多量子阱的激子局域化效应">    6.2 a面ZnO/Zn_1-xMg_xO多量子阱的激子局域化效应
1-xMg_xO多量子阱光学性能的影响">    6.3 阱层宽度对a面ZnO/Zn_1-xMg_xO多量子阱光学性能的影响
1-xMg_xO多量子阱光学性能的影响">    6.4 垒层Mg含量对a面ZnO/Zn_1-xMg_xO多量子阱光学性能的影响
    6.5 本章小结
第七章 GaN缓冲层提高a面ZnO薄膜晶体质量的研究
    7.1 GaN缓冲层的制备及表征
    7.2 GaN缓冲层工艺对a面ZnO薄膜性能的影响
        7.2.1 GaN缓冲层厚度对a面ZnO性能的影响
        7.2.2 GaN缓冲层生长温度对a面ZnO性能的影响
    7.3 经过优化工艺生长的a面ZnO薄膜
    7.4 本章小结
第八章 结论
    8.1 全文总结
    8.2 主要创新点
    8.3 工作展望
参考文献
致谢
个人简历
攻读博士学位期间发表的论文和取得的其他科研成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]ZnO单晶生长技术的研究进展[J]. 祝振奇,周建,刘桂珍,任志国.  稀有金属. 2009(01)



本文编号：3000621