氧气后处理对氧化锌薄膜紫外发射性质的影响

为了提高ZnO光发射效率和制备p型ZnO,对热处理的氧分压对薄膜的结构、形貌、光致光发射和ZnO/Si异质结的Ⅰ-Ⅴ特性的影响进行了研究.用直流反应溅射法在p型硅衬底上生长ZnO薄膜形成n-ZnO/P-Si异质结.在1000℃下用不同比例的氧和氨热处理,我们发现,在纯氮气中得到的样品有强的紫外发射(390nm),随氧气比例增大,紫外增强,同时绿光也产生并随之增强.但过大的氧分压反而产生多的受主缺陷,使越来越多的激发能量转移到发射能量低的绿光中心,从而使紫外减弱.在纯氧和无氧条件下热处理的俄歇谱表明纯氧下氧过量,而无氧下锌大大过量.ZnO/p-Si异质结的Ⅰ-Ⅴ特性表明,无氧热处理表现为典型的n-ZnO/p-Si异质结;而在纯氧气氛中处理后所得Ⅰ-Ⅴ曲线反向,这表明在高氧压下受主缺陷的产生,表明ZnO薄膜有可能由于高氧压热处理由n型转为p型.     

Ultraviolet Luminescence Depending on Zn Interstitial in ZnO Polycrystalline Films

The ultraviolet emission line at 3.315eV is observed at 8K in ZnO polycrystalline films and investigated by temperature-dependent photolumineseence spectra and cathodoluminescence spatial image. The relative intensity of 3.315 eV emission line depends strongly on growth and annealing conditions. The cathodoluminescence image shows that the 3.315 eV emission localizes on the surface and ridge of ZnO grain. These results suggest that the 3.315 eV emission attributes to Zn interstitials at the grain surface and ridge. This emission is stable in the range from 8 K to 300 K and contributes to the room temperature ultraviolet band.     

磁控溅射制备ZnO薄膜的受激发射特性的研究

用射频磁控反应溅射法在二氧化硅衬底上制备ZnO薄膜。得到了在不同温度下ZnO薄膜的吸收与光致发光。观测到了纵光学波 (LO)声子吸收峰与自由激子吸收峰 ;室温 (30 0K)下 ,PL谱中仅有自由激子发光峰。这些结果证实了ZnO薄膜具有较高的质量。探讨了变温ZnO薄膜的发光特性。研究了ZnO薄膜的受激发射特性。     

用MOCVD方法制备的n型GaN薄膜紫外光电导

报道了用MOCVD方法制备的非掺杂的和Mg弱掺杂的n型GaN薄膜的紫外光电导特性.结果表明这些n型样品具有显著的紫外光响应,而且光响应弛豫时间也较短.在弱光范围,光响应随光强的变小呈线性减弱,且光响应的弛豫时间变长.     

MOCVD法生长Ga、P掺杂的ZnO薄膜

采用金属有机化学气相沉积法在蓝宝石衬底上制备Ga、P掺杂的ZnO薄膜,分别采用X射线衍射、扫描电子显微镜、霍尔效应测试、光致发光谱对样品进行表征。通过Ga、P掺杂分别得到n、p型ZnO薄膜,n型ZnO薄膜的载流子浓度可以达到1×1019cm-3,p型ZnO薄膜的载流子浓度达到1.66×1016cm-3。所制备的ZnO薄膜具有c轴择优生长取向,并且p型ZnO薄膜具有较好的光致发光特性。     

光辅助对MOCVD法制备ZnO薄膜性能的影响

采用光辅助金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术在(0001)蓝宝石衬底上制备了ZnO薄膜。通过X射线衍射、透射光谱和霍尔测试等研究了光照对MOCVD法制备的ZnO薄膜的影响。实验结果表明,引入光辅助后制备的ZnO薄膜,其结晶质量和光学质量均得到改善。分析认为,这主要是由于光辅助有助于提高锌有机源的分解效率,并且高能量的光子可为反应吸附的原子提供足够高的激活能,从而易于其迁移到合适的晶格位置所致。同时我们还发现,有光照和无光照条件下制备的ZnO薄膜均呈n型导电,但有光照条件下制备的ZnO薄膜具有更低的本底载流子浓度,这将为日后通过降低自补偿实现p型掺杂提供一个很好的解决办法。     

常压MOCVD生长ZnO薄膜及其性质

用常压MOCVD在蓝宝石 (0 0 0 1)面上生长了氧化锌 (ZnO)薄膜。用AFM、室温PL谱、Hall测量、X射线双晶衍射、卢瑟福背散射 /沟道技术等分析方法研究了样品的表面形貌、结构性能、发光性能和电学性能。AFM分析结果显示 ,薄膜呈六角柱状结晶 ,表面平整 ,粗糙度 (RMS)为 6 .2 5 7nm ,平均晶粒直径达 1.895 μm。室温PL测量该样品在 380nm处有很强的近带边发射 ,半峰全宽为 15nm。使用Hall测量检查了薄膜的电学性质。室温下该样品的载流子浓度为 2× 10 17cm-3 ,迁移率为 75cm2 ·V-1·s-1。用X射线双晶衍射和卢瑟福背散射 /沟道效应研究了薄膜的结晶质量 ,样品的双晶衍射ω扫描半峰全宽为 0 .0 4° ,沟道效应的最小产额比χmin为 3.1%。     

温度对Si上MOCVD-ZnO成核与薄膜生长特性的影响

采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法在Si衬底上进行了ZnO的成核与薄膜生长研究。ZnO薄膜的形貌和结晶特性由成核和后期生长过程共同决定,初期成核温度决定了其尺寸和密度,进而影响后期ZnO主层的生长行为,但由于高温对后期ZnO纳米柱横向生长的抑制,纳米柱的尺寸并没有因为成核尺寸的增大而变大,因此在560℃得到了晶柱尺寸最大、密度最小的ZnO薄膜。最后通过改变成核温度,优化了ZnO外延膜的结晶质量。     

Si基沉积ZnO薄膜的光谱特性

利用同步辐射真空紫外光研究了Si基沉积ZnO薄膜的发射光谱、激发光谱及其湿度依赖。首次观测到高于ZnO禁带宽度的发射带（290nm)，并初步指定其来源。     

MOCVD法生长ZnO薄膜的结构及光学特性

采用MOCVD方法在c Al2 O3衬底上生长出了具有单一c轴取向的ZnO薄膜 ,采用X射线衍射 (XRD)、Raman散射、X射线光电子能谱 (XPS)及光致发光 (PL)谱等方法对ZnO薄膜的结构及光学特性进行分析测试。XRD分析只观察到ZnO薄膜 (0 0 0 2 )衍射峰 ,其FWHM数值为 0 1 84°。Raman散射谱中 ,4 35 32cm- 1 处喇曼峰为ZnO的E2 (high)振动模 ,A1 (LO)振动模位于 5 75 32cm- 1 处。XPS分析表明 :ZnO薄膜表面易吸附游离态氧 ,刻蚀后ZnO薄膜O1s光电子能谱峰位于 5 30 2eV ,更接近Zn—O键中O1s电子结合能 (5 30 4eV)。PL谱中 ,在3 2 8eV处观察到了自由激子发射峰 ,而深能级跃迁峰位于 2 5 5eV ,二者峰强比值为 4 0∶1 ,表明生长的ZnO薄膜具有较高的光学质量     

生长温度对MOCVD外延ZnO纳米结构的影响

为了探究生长温度对外延ZnO纳米结构的影响,得到ZnO纳米结构可控生长的生长温度条件。利用金属有机化学气相沉积（MOCVD）方法,设计并获得了不同生长温度的ZnO外延样品,并对所有样品进行了表面形貌、光学特性、电学特性表征和结晶质量表征。实验结果表明:600℃生长的ZnO纳米柱横向尺寸最小,为65 nm左右,其光学特性也相对较好,晶体衍射峰的半峰宽最小,为0.165°,晶粒尺寸最大,为47.6 nm;电学性质相对最优的为640℃生长的ZnO样品,霍尔迁移率高达23.5 cm²/（V·s）。通过结果分析发现,生长温度能影响外延ZnO的生长模式,从而影响ZnO的形貌、光学、电学和晶体质量等特性。     

MOCVD方法生长的氧化锌薄膜及其发光特性

近年来,随着近紫外光发射氧化锌薄膜研究的进展,许多先进的薄膜生长手段被广泛采用。本文探索了用MOCVD方法在硅衬底上生长氧化锌薄膜的方法,试验了用几种不同的有机金属源生长ZnO薄膜;研究了源材料及生长压力和温度对薄膜生长的影响;观察了样品的室温光致发光光 谱。通过与溅射方法生长的ZnO薄膜的比较,提出了影响材料结构和发光特性的可能原因。     

溶胶-凝胶法纳米ZnO薄膜的绿光发射

利用溶胶-凝胶法制备了纳米ZnO薄膜,室温下测量了样品的光致发光谱(PL)和X射线衍射谱(XRD),观测到中心波长在523 nm附近的绿色荧光发射,研究了纳米ZnO薄膜的绿光发射机制,证实了纳米ZnO薄膜绿光可见发射带来自氧空位(Vo)形成的浅施主能级和锌空位(Vzn)形成的浅受主能级之间的复合。     

Ultraviolet detectors based on ZnO films by thermal oxidation of Zn metallic films

Metallic Zn films were deposited on glass substrates by electron-beam evaporation. ZnO films were synthesized by thermal oxidation of Zn metallic films in air. At the annealing temperature of 550 °C, ZnO nanowires appeared on the surface, which mainly result from the decrease of oxidation rate. A ZnO ultraviolet photodetector was fabricated based on a metal-semiconductor-metal planar structure. The detector showed a large UV photoresponse with an increase of two orders of magnitude. It is concluded that promising UV detectors can be obtained on ZnO films by thermal oxidation of Zn metallic films. The ways of performing spectral response measurements for polycrystalline ZnO films are also discussed.      

MOCVD法生长ZnO薄膜时氧源 t-BuOH和H2O的比较研究

以活性较低的叔丁醇(t-BuOH)和水(H₂O)作为氧源,采用MOCVD技术生长了ZnO薄膜。研究发现,t-BuOH作为氧源可以有效地抑制其与锌源之间的气相预反应,比H₂O作为氧源进行ZnO薄膜的外延生长具有更高的生长速率,得到的ZnO薄膜晶体质量更优,同时载流子的迁移率可以达到37.0 cm²·V^-1·s^-1, 表明t-BuOH更适合作为氧源通过MOCVD系统生长ZnO薄膜。     

Photoluminescence and X-Ray Photoelectron Spectroscopy of p-Type Phosphorus-Doped ZnO Films Prepared by MOCVD

Reproducible p-type phosphorus-doped ZnO （p-ZnO：P） films are prepared on semi-insulating InP substrates by metal-organic chemical vapour deposition technology. The electrical properties of these films show a hole concentration of 9.02 × 10^17 cm ^-3, a mobifity of 1.05 cm^2 /Vs, and a resistivity of 6.6 Ω.cm. Obvious acceptorbound-exciton-related emission and P-induced zinc vacancy （Vzn） emission are observed by low-temperature photoluminescence spectra of the films, and the acceptor binding energy is estimated to be about 125meV. The local chemical bonding environments of the phosphorus atoms in the ZnO are also identified by x-ray photoelectron spectra. Our results show direct experimental evidence that Pzn-2Vzn shallow acceptor complex most likely contributes to the p-type conductivity of ZnO：P films.     

自持金刚石厚膜上沉积生长ZnO薄膜及发光特性

采用磁控溅射在自持CVD金刚石厚膜的成核面上制备了ZnO薄膜,并实验研究了其生长特性和发光特性随O2和Ar流量的变化。利用X射线衍射(XRD)、光致发光(PL)光谱、电子探针(EPMA)和霍尔测量对样品进行了检测。结果表明,在O2/Ar比值约为1时沉积得到的ZnO薄膜取向较一致,呈现高阻的状态并且发光性能最好。     

N掺杂ZnO薄膜的荧光特性研究

以N₂为掺杂源,通过改变O₂∶N₂比,利用射频磁控溅射法在玻璃衬底上制备了具有[002]择优取向的N掺杂ZnO薄膜,研究了ZnO薄膜的光致发光谱随着N掺入量的不同而变化的规律.结果表明,薄膜主衍射峰为402 nm处的发光峰;由于N掺杂量的不同,有的薄膜在445 nm和524 nm处也有发光发存在,但随着薄膜N含量的不同,其发光峰强度明显不同,其峰位也发生了相应的红移或者蓝移.当O₂∶N₂为10∶15时,制备的薄膜N掺杂量最大,光学性能最好,此工艺为研究ZnO薄膜的缺陷类型及导电类型提供了重要的研究参考.