常压化学气相沉积技术生长ZnO∶H薄膜的光学性质

采用常压金属有机物化学气相沉积技术(APMOCVD),以二乙基锌(DEZn)为Zn源,去离子水(H2O)为氧源,N2作载气,在外延ZnO薄膜的反应气氛中通入少量氢气,在cAl2O3衬底上生长出了ZnO∶H薄膜。用X射线双晶衍射和光致发光谱对ZnO∶H薄膜的结晶性能和光学性质进行表征。结果表明,ZnO∶H薄膜(002)和(102)面的Ω扫描半峰全宽分别为46.1 mrad和81.4 mrad,表明该薄膜具有良好的结晶性能；室温下,ZnO∶H薄膜具有较强的紫外光发射(380 nm),在低温10 K光致发光谱中观测到位于3.3630 eV处与氢相关的中性施主束缚激子峰(I4)及其位于3.331 eV处的双电子卫星峰(TES)。采用退火的方法,通过观测I4峰的强度变化,研究了氢在ZnO∶H薄膜中的热稳定性。发现随着退火温度的升高,I4峰的强度逐渐减弱,表明在高温下退火,氢会从ZnO薄膜中逸出。     

N2O为氧源金属有机化学气相沉积生长ZnO薄膜的光学性能研究

采用常压金属有机化学气相沉积(AP-MOCVD)技术、三步生长法,分别以H2O和N2O为氧源,DEZn为Zn源,N2作载气,在c-Al2O3衬底上生长出了晶体质量较好的ZnO薄膜。用X射线双晶衍射(DCXRD)和光致发光谱对ZnO薄膜的结晶性能和光学性质进行表征。结果显示,ZnO倾斜对称面(10-12)的ω扫描半峰全宽为350″,表明ZnO薄膜结晶性能良好;低温10 K光致发光谱结果表明,N2O为氧源生长的ZnO膜和H2O为氧源生长的ZnO膜的发光特性明显不同,没有观察到与氢有关的中性施主束缚激子对应的3.331 eV双电子卫星峰(TES)。这一结果表明,用N2O为氧源生长的ZnO薄膜中不易引进氢杂质。     

常压化学气相沉积法在Ag/Si(111)模板上生长ZnO薄膜及其性能研究

在Si衬底上利用磁控溅射的方法沉积1.5 nm厚度的Ag膜用以阻挡Si衬底被氧化。采用常压金属有机化学气相沉积法(MOVCD),在Ag/Si(111)衬底上成功地生长出马赛克结构的ZnO薄膜。用光学显微镜观察表面形貌,结果显示有带晶向特征的微裂纹,裂纹密度为100 cm-1。依据X射线晶体衍射的结果,薄膜结晶质量良好,呈C轴高度择优取向。用双晶X射线衍射得到(002)面的ω扫描半峰宽为1.37°。温度10 K时光致发光谱(PL)观察到自由激子、束缚激子发射及它们的声子伴线。结果表明,金属有机化学气相沉积法方法在Si(111)衬底上制备ZnO薄膜时,Ag是一种有效的缓冲层。     

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     

ZnO／AlN／Si（111）薄膜的外延生长和性能研究

用常压金属化学气相沉积法(MOCVD)在Si(111)衬底上制备了马赛克结构ZnO单晶薄膜。引入低温Al N缓冲层以阻止衬底氧化、缓解热失配和晶格失配。薄膜双晶X射线衍射2θ/ω联动扫描只出现了Si(111)、ZnO(000l)及Al N(000l)的衍射峰。ZnO/Al N/Si(111)薄膜C方向晶格常量为0.5195nm,表明在面方向处于张应力状态;其对称(0002)面和斜对称(1012)面的双晶X射线衍ω摇摆曲线半峰全宽分别为460″和1105″;干涉显微镜观察其表面有微裂纹,裂纹密度为20cm-1;3μm×3μm范围的原子力显微镜均方根粗糙度为1.5nm;激光实时监测曲线表明薄膜为准二维生长,生长速率4.3μm/h。低温10K光致发光光谱观察到了薄膜的自由激子、束缚激子发射及它们的声子伴线。所有结果表明,采用金属化学气相沉积法并引入Al N为缓冲层能有效提高Si(111)衬底上ZnO薄膜的质量。     

用锌有机源和CO2/H2混合气源PECVD沉积ZnO薄膜

在等离子体作用下,以CO2/H2混合气为氧源,Zn(C2H5)2锌为锌源,在单晶硅上生长出高度择优取向的氧化锌薄膜。X射线衍射分析表明,薄膜为六方结构,c轴高度择优;原子力显微镜观察到晶粒是有规律地按六方排布,薄膜的表面粗糙度较小;从光致发光谱还发现在380 nm处有非常强的紫外峰。     

MOCVD生长中载气H2对N掺杂ZnO性质的影响

采用MOCVD方法在石英衬底上生长ZnO。实验使用二乙基锌(DEZn)为锌源,N2O作为氧和氮源,H2作为载气。采用PL和Raman光谱方法对ZnO样品进行表征,结果表明H2的加入大幅度减少薄膜中碳的掺入,明显改善了薄膜的光学质量。采用N2O离化技术,可以进一步提高其带边峰的强度,抑制带内发光。XRD测量表明,生长的ZnO薄膜具有c轴择优取向。目前生长高质量N掺杂的p型ZnO薄膜是很困难的,而H2作为载气的加入明显改善了ZnO薄膜的光学性质,在生长过程中加入H2将为获得高质量N掺杂的p型ZnO薄膜提供一种途径。     

低温电化学沉积ZnO薄膜及光学性质

利用阴极还原沉积原理,在水浴65℃的Zn(NO3)2水溶液中,以金属锌片为衬底电沉积制备了ZnO薄膜。采用拉曼光谱和低温光致发光谱(LTPL)对ZnO膜的光学性质进行了表征。实验表明,较小电沉积过电位制备的样品没有明显的与富锌缺氧有关的580cm-1附近的拉曼峰,呈现373nm的紫外光致发光峰,说明较小的电沉积过电位有利于高晶体质量的ZnO膜生长。     

ZnO/A1lN/Si(111)薄膜的外延生长和性能研究

用常压金属化学气相沉积法(MOCVD)在Si(111)衬底上制备了马赛克结构ZnO单晶薄膜.引入低温AlN缓冲层以阻止衬底氧化、缓解热失配和晶格失配.薄膜双晶X射线衍射2θ/ω联动扫描只出现了Si(111)、ZnO(000l)及AlN(000l)的衍射峰.ZnO/AlN/Si(111)薄膜C方向晶格常量为0.5195 nm,表明在面方向处于张应力状态;其对称(0002)面和斜对称(1012)面的双晶X射线衍ω摇摆曲线半峰全宽分别为460"和1105";干涉显微镜观察其表面有微裂纹,裂纹密度为20 cm-1;3 μm×3μm范围的原子力显微镜均方根粗糙度为1.5 nm激光实时监测曲线表明薄膜为准二维生长,生长速率4.3μm/h.低温10 K光致发光光谱观察到了薄膜的自由激子、束缚激子发射及它们的声子伴线.所有结果表明,采用金属化学气相沉积法并引入AlN为缓冲层能有效提高Si(111)衬底上ZnO薄膜的质量.     

金属有机化学汽相沉积生长InGaN薄膜的研究

以Al2O3为衬底,采用金属有机汽相沉积（MOCVD）技术在GaN膜上生长了InxGa1-xN薄膜。以卢瑟福背散射／沟道技术和光致发光技术对InxGa1-xN／GaN/Al2O3样品进行了分析,研究表明,金属有机汽相沉积生长高In组分InxGa1-xN薄膜有一最佳TMIn/TEGa摩尔流量比。在一定范围内,降低其摩尔流量比,合金的生长速率增高,In组分提高;进一步降低TMIn/TEGa摩尔流量比,导致In组分下降,研究还表明,InGan薄膜的结晶品质随In组分的增大而下降,InGan薄膜的In组分由0．04增大到0．10,其最低沟道产额比由4．1％增至11．0％。     

气相输运法制备ZnO薄膜

运用气相输运技术在不同的衬底上制备ZnO薄膜,同时对这些ZnO薄膜的表面形貌、晶体结构和光学特性进行表征。在扫描电子显微镜图像上可以看到,相比没有镀金的Si衬底,ZnO纳米颗粒在镀金的Si衬底上的生长尺寸较大。X射线衍射测试结果表明,在Si(111)和Si(100)衬底上生长的ZnO薄膜显示出不同的六角纤锌矿结构的衍射峰,但没有出现立方闪锌矿ZnO结构的衍射峰。在镀金的Si衬底上,ZnO薄膜生长取向主要为c轴方向。此外,所有ZnO样品的光致发光谱上均只出现一个狭窄且强的紫外峰,约在389 nm(3.19 eV)波长处。     

氢退火对LPCVD生长的ZnO薄膜光学和电学性能的影响

采用低压化学气相沉积(LPCVD)在玻璃衬底上制备了B掺杂ZnO(BZO)薄膜,研究了氢气气氛退火对BZO薄膜光学性能和电学性能的影响。结果表明:在氢气气氛下退火后,BZO薄膜的物相结构和透光率基本无变化,但BZO薄膜的导电能力却明显提高。Hall测试结果表明:在氢气下退火时载流子浓度基本保持不变,但迁移率却明显提高。实验结果可为进一步提高BZO薄膜的光学电学综合性能提供借鉴。     

原子层沉积制备氧化锌纳米薄膜的光学性质研究

采用原子层沉积技术(ALD),以二乙基锌和水为前驱体,在衬底温度分别为110和190 ℃的条件下制备了致密的氧化锌纳米薄膜。采用X射线光电子能谱,荧光光谱和椭偏仪等表征手段对薄膜的成分和光学性质进行了研究。结果表明,随着沉积温度的增加,氧化锌薄膜内—OH含量降低,说明氧化锌薄膜生长过程中的化学反应更加完全;另外,沉积温度增加后,薄膜在365 nm处的激子发射峰出现了明显的增强,同时可见光区的荧光发射峰消失,表明薄膜内的缺陷态减少。随着成膜质量的提高,氧化锌薄膜的电子迁移率从25提高至32 cm2·(V·S)-1。椭偏测量的拟合结果表明,在375～800 nm的波长范围内,氧化锌薄膜的折射率逐渐从2.33降至1.9,呈现出明显的色散现象;另外,不同温度下制备的氧化锌薄膜光学带隙均为3.27 eV左右,这说明沉积温度对薄膜的带隙没有明显影响。     

金属有机化学气相沉积生长Zn1-xMnxSe薄膜的发光和磁光性质

利用金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法在GaAs衬底上生长了不同组分的Zn_1-xMn_xSe薄膜。X射线衍射和X射线摇摆曲线证明样品具有较好的结晶质量。在低温、强磁场下对样品的发光进行了研究,在带边附近观察到两个发光峰的相对强度随着磁场增强发生了变化。通过变温光谱探讨了这两个发光峰的来源,并被分别归因于自由激子跃迁和与Mn有关的束缚态激子跃迁。同时随着磁场的增强,ZnMnSe带隙发光红移是由于类S带和类P带电子与Mn离子的3d⁵电子的自旋交换作用。