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     

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%。     

MOCVD法生长SAWF用ZnO/Diamond/Si多层结构

使用等离子体辅助MOCVD系统在金刚石,硅衬底上成功地制备了氧化锌多层薄膜材料,通过两步生长法对薄膜质量进行了优化。XRD测试显示优化后的样品具有c轴的择优取向生长,PL谱测试表明样品经优化后不仅深能级发射峰消失,同时紫外发射峰增强。对优化后的样品的表面测试显示出较低的表面粗糙度。比较氧化锌多层薄膜结构的声表面波频散曲线,ZnO薄膜声表面滤波器受膜厚和衬底材料的影响较大。当ZnO薄膜较薄时,在它上面的传播速度将与衬底上的传播速度接近,与其他衬底上生长的薄膜相比,以金刚石这种快声速材料为衬底的ZnO多层薄膜结构,声表面波滤波器的中心频率将提高1倍左右。     

Zn1-xCdx S合金薄膜的结构和光学性质

采用低压金属有机化学气相沉积(LP-MOCVD)技术,在普通石英衬底上制备出不同Cd组分(0．02,0．44,0．59,0．83,0．91)的Zn1-xCdxS合金薄膜材料。X射线测量表明样品为单一取向的纤锌矿结构,并且随着x的增加衍射峰位基本成线性地从ZnS衍射峰向CdS衍射峰移动。此外,在PL谱中还可以看出随着样品中Cd含量的增加,发光峰从3．66eV红移到2．43eV。根据发光峰位与Zn1-xCdxS中x的变化关系,推导出它们之间的关系近似为Eg(Zn1-xCdxS)=3．61-1．56x 0．38x^2。还探讨了不同Cd组分薄膜材料的X射线衍射峰半峰全宽以及发光峰半峰全宽的变化。     

高质量ZnO微米棒的制备及其光学性质

利用水热法制备ZnO微米棒。醋酸镁[Mg(CH3COO)2.4H2O]、醋酸锌[Zn(CH3COO)2.2H2O]和六次甲基四胺(C6H12N4)以一定比例配置成反应溶液,把反应溶液加热到90℃,反应时间为24h,能够在硅衬底上生长高质量的ZnO微米棒。用扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪对ZnO微米棒的晶体结构和表面形貌进行了分析,结果表明,样品为细长条棒状结构,呈现六方纤锌矿结构,长径比可达10∶1,并且在[002]方向择优生长。在样品中并未发现镁离子,它有可能扮演着催化剂的角色。对ZnO微米棒的光致发光性能进行测量,由PL光谱分析可知,样品在384nm处有一个紫外发光峰,半峰全宽为13nm,紫外发光峰强度比可见发光峰强度大的多,样品的质量较好。     

常压MOCVD生长ZnO/GaN/Al2O3薄膜及其性能

以去离子水（H2O）和二乙基锌（DEZn）为源材料,生长温度是680℃时,利用常压MOCVD在GaN／Al2O3模板上成功生长了ZnO单晶薄膜,用原子力显微镜（AFM）、X射线双晶衍射（DCXRD）、光致发光谱（PL）对ZnO薄膜的表面形貌、结晶学性质、光学性质作了综合研究。双晶衍射表明,ZnO非对称（1012）面ω扫描的半峰全宽（FWHM）仅为420arcsec,估算所生长ZnO膜的位错密度大约为10^3／cm^2量级,这与具有器件质量的GaN材料的位错密度相当。在ZnO薄膜的低温15K光荧光谱中,观察到很强的自由激子和束缚激子发射以及自由激子与束缚激子的多级声子伴线。     

无催化法制备ZnO纳米针的结构及光学特性

采用无催化脉冲激光沉积(PLD)方法,在InP(100)衬底上生长纳米ZnO针状结构。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)以及光致发光(PL)谱等对ZnO纳米针的形貌、晶体结构和光学特性表征。SEM图像观察到ZnO纳米针状结构具有一定的取向性。XRD测试在2θ=34.50°处观测到强烈的ZnO(002)衍射峰,证实ZnO纳米针具有较好的c轴择优取向。室温PL谱在379nm处观察到了较强的自由激子发射峰(半峰全宽为13.5nm),而微弱的深能级跃迁峰位于484nm,二者峰强比值为11∶1,表明生长的纳米ZnO结构具有较高的光学质量。     

Si(111)衬底上GaN的MOCVD生长

利用LP-MOCVD在Si（111）衬底上,以高温AIN为缓冲层,分别用低温GaN（LT-GaN）和偏离化学计量比富Ga高温GaN（HT-GaN）为过渡层外延生长六方相GaN薄膜。采用高分辨率双晶X射线衍射（DCXRD）,扫描电子显微镜（SEM）,原子力显微镜（AFM）和室温光致荧光光谱（RT-PL）进行分析。结果表明,有偏离化学计量比富Ga HT-GaN为过渡层生长的GaN薄膜质量和光致荧光特性均明显优于以LT-GaN为过渡层生长的GaN薄膜,得到GaN（0002）和（1012）的DCXRD峰,其半峰全宽（FWHM）分别为698s和842s,室温下的光致荧光光谱在361nm处有一个很强的发光峰,其半峰全宽为44．3meV。     

缓冲层InxGa1-xAs组分对In0.82Ga0.18As结晶质量和表面形貌的影响

采用低压金属有机化学气相沉积(LP-MOCVD)技术,两步生长法在InP衬底上制备In_0.82Ga_0.18As材料.研究缓冲层In_xGa_1-xAs的In组分对In_0.82Ga_0.18As结晶质量和表面形貌的影响.X射线衍射(XRD)用于表征材料的组分和结晶质量.用扫描电子显微镜(SEM)观察样品的表面形貌.实验结果表明,低温生长的缓冲层In_xGa_1-xAs的In组分影响高温生长的外延层In_0.82Ga_0.18As的结晶质量和表面形貌.测量得到四个样品的外延层In_0.82Ga_0.18As的X射线衍射谱峰半峰全宽(FWHM)为0.596°,0.68°,0.362°和0.391°,分别对应缓冲层In组分x=0.28,0.53,0.82,0.88,当缓冲层In组分是0.82时,FWHM最窄,表明样品的结晶质量最好.SEM观察四个样品的表面形貌,当缓冲层In组分是0.82时,样品的表面平整,没有出现交叉平行线或蚀坑等缺陷,表面形貌最佳.     

MOCVD生长InP/GaInAsP DBR结构及相关材料特性

采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)法InP衬底上成功地制备了GaxIn1-xAsyP1-y/InP交替生长的分布布喇格反射镜(DBR)结构以及与之相关的四元合金GaxIn1-xAsyP1-y和InP外延层。利用X射线衍射、扫描电子显微镜(SEM)、低温光致发光(PL)光谱等测量手段对材料的物理特性进行了表征。结果表明,在InP衬底上生长的InP外延层和四元合金GaxIn1-xAsyP1-y外延层77K光致发光(PL)谱线半峰全宽(FWHM)分别为9.3meV和32meV,说明形成DBRs结构的交替层均具有良好的光学质量。X射线衍射测量结果表明,四元合金GaxIn1-xAsyP1-y外延层与InP衬底之间的相对晶格失配仅为1×10-3。GaxIn1-xAsyP1-y/InP交替生长的DBR结构每层膜的光学厚度约为λ/4n(λ=1.55/μm)。根据多层膜增反原理计算得出当膜的周期数为23时,反射率可达90％。     

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。     

等离子MOCVD系统生长ZnO薄膜掺N2和掺NH3特性比较

利用MOCVD方法生长了高质量的ZnO薄膜材料,分别通过N2和NH3对c面和R面蓝宝石衬底上生长的ZnO薄膜材料进行了掺杂行为研究.掺N2时,X射线衍射半峰全宽仅为0.148°,室温光荧光发光峰位于3.29eV,半峰全宽～100meV,电阻率由0.65 Ω·cm增大到5×l04Ω·cm.掺NH3时,X射线衍射峰半峰全宽0.50°,样品为弱p型,电阻率为102Ω·cm,载流子浓度为1.69×1016 cm-3.同时我们还观察到弱p型材料很容易退化成n型高阻材料.     

Study of the MOCVD growth of ZnO on GaAs substrates: Influence of the molar ratio of the precursors on structural and morphological properties

ZnO thin films were grown by metal-organic chemical vapour deposition (MOCVD) on GaAs(100) and GaAs(111)A substrates. The growth experiments were performed at temperatures ranging from 290 to 500 C and atmospheric pressure. Diethylzinc (DEZn) and tertiary butanol (tBuOH) were used as Zn and O precursors, respectively. The crystallinity of the grown films was studied by X-Ray Diffraction (XRD) and the thickness and morphology were investigated by Scanning Electron Microscopy (SEM). The influence of substrate orientation and molar ratio of the precursors on the crystalline orientation and morphology of the ZnO grown films was analysed.     

MOCVD生长InxGa1-xN合金微观结构和光学特性

利用发光光谱、X射线衍射(XRD)、原子力显微(AFM)等实验方法对MOCVD生长的InxGa1-xN合金进行了研究。原子力显微图样表明样品表面出现纳米尺度为微岛状结构。样品PL和PLE谱表明,其主要吸收峰位于波长为365,474nm,发光峰的位置位于波长为545,493nm处,其中545nm发光峰半高宽较493nm发光峰宽,这两个峰分别起源于In(Ga)N浸润层和InGaN层发光,浸润层局域化激子和岛状微观结构弛豫特性是产生发光峰Stokes移动的重要原因。     

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。     

MOCVD生长AlGaN薄膜的X光电子能谱

用X光电子能谱和X射线衍射谱方法分析了MOCVD生长的AlGaN薄膜的实际表面形态和晶体结构基于XPS测量结果,通过分析计算,发现实际表面除GaN外存在Ga₂O₃和Al₂O₃及其它与O有关的络合物构成的混合氧化物覆盖层,估计覆盖层厚度约1.2nmXRD结果显示生长的AlGaN薄膜为以GaN(0002)取向为主的多晶结构。     

用电化学沉积方法制备钴掺杂的氧化锌薄膜及其光学性质

通过选用乌洛托品作为络合剂,采用电化学沉积的方法成功地制备出钴掺杂的氧化锌薄膜。通过对样品的XRD表征,得出生长的样品为ZnO纤锌矿结构,并没有其他杂相峰,即没有出现分相;通过对样品XPS的分析显示Co离子在薄膜中以+2价的形式存在;为进一步验证Co²⁺离子进入ZnO的晶格,对掺杂不同Co²⁺浓度的样品进行PL谱的测量,从发光光谱上可以看出随着掺杂Co²⁺浓度的增加,带隙逐渐变窄,发光峰位红移,证明Co²⁺部分取代了Zn²⁺而进入了ZnO晶格中。