Si上MOCVD法制备ZnO薄膜以及n-ZnO/MgO/p-Si异质结器件发光研究

发布时间：2021-08-19 10:42

　　作为一种在室温下具有大的激子束缚能（60meV）的直接带隙宽禁带半导体材料，ZnO在室温下的禁带宽度为3.37eV，这决定了ZnO能够广泛应用于紫外波段发光二极管和激光器件。但是，稳定可靠的p-ZnO材料的难以制备一直束缚着ZnO基光电器件的发展。因此利用n-ZnO和其他p型半导体材料构建异质结器件成为人们的另一个研究重点。ZnO/Si异质结由于其在光电子集成领域的潜在应用成为人们的重要选择。为了实现ZnO器件在Si基芯片上的集成，人们普遍关注Si衬底上ZnO的生长。本文首先利用磁控溅射技术在Si衬底上生长一层较薄的MgO缓冲层，以减少ZnO与Si衬底的晶格失配，之后通过金属有机化学气相沉积（MOCVD）技术在MgO缓冲层上外延ZnO薄膜，最后利用得到的样品构建了n-ZnO/MgO/p-Si异质结发光器件。实验主要研究了MgO缓冲层的厚度和缓冲层的退火温度对ZnO外延生长的影响以及ZnO/MgO/p-Si异质结器件的发光表现。具体的研究内容如下：1、研究了MgO缓冲层的厚度对ZnO薄膜的影响。研究发现较薄的MgO缓冲层能够改善ZnO薄膜的表面形貌，优化ZnO薄膜的结晶质量，提高ZnO薄... 

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【学位级别】：硕士

【部分图文】：

ZnO的三种晶体结构示意图

图1.2 ZnO的 wurtzite结构示意图。体的化学键类型是介于离子键和共价键之间子性又表现为共价性。纤锌矿 ZnO(Wurtzite即每个阴离子周围被处于四面体四个角的阳详细结构如图 1.2 所示。其中 ZnO 材料的c=5.207 ，晶体结构示意图如图 1.1（a）所料的光学特性知，半导体的光学性质受其固有以及外在性迁性质已经通过光吸收、光反射、光致发光等进行了详细的研究。其光跃迁可分为两类属性，一种是受杂质和缺陷影响的外在属性

图1.3 ZnO的各种光跃迁的PL谱。ZnO 材料具有较高的击穿电压，较低的噪声，可以在高温、高功率下进行工作等。尽管已经有很多关于 ZnO 薄膜的 n、p 型掺杂的报道[28-32]，ZnO 基结构的电泵浦激射依旧是一个难题。然而其光泵浦激射已经从用各种方法生长的 ZnO 薄膜中被观察到。目前经常能够看到有关多晶 ZnO 薄膜关于随机激射的报道[33-36]，所谓随机激射就是由于 ZnO 多晶的强散射而产生的腔长随机，方向不定的激射现象。1.1.3 ZnO 材料的缺陷ZnO 中的点缺陷对 ZnO 薄膜的电学和光学性质具有重要影响。目前，ZnO 内部的点缺陷主要有六种：Zn 间隙（Zni）、O 空位

【参考文献】：
期刊论文
[1]生长在p-GaAs衬底上的ZnO基异质结二极管电致发光（英文）[J]. 李炳辉,姚斌,李永峰,邓蕊,张振中,刘卫卫,单崇新,张吉英,申德振.  发光学报. 2010(06)
[2]染料敏化太阳电池研究进展[J]. 李文欣,胡林华,戴松元.  中国材料进展. 2009(Z1)



本文编号：3351258