宽禁带半导体薄膜制备及其发光性能研究

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在半导体材料的发展中,一般将Si、Ge称为第一代半导体材料,GaAs、InP、GaP等称为第二代半导体材料,而将宽禁带半导体GaN、ZnO等称为第三代半导体材料。六方纤锌矿结构的GaN和ZnO材料由于具有独特的光电性能,在发光二极管、短波长激光器、发光显示器件、光探测器等领域有广泛的应用,成为近年来国际前沿研究热点之一,受到世界各国广泛关注。  本文采用磁控溅射法、PLD和溶胶-凝胶法在Si(111)、Si(100)、γ-LiAlO2、玻璃等衬底上沉积了ZnO薄膜,采用金属有机化学气相沉积法在γ-LiAlO2衬底上制备了GaN薄膜,采用溶胶-凝胶法在玻璃衬底上沉积了掺Al的ZnO薄膜,并对薄膜的结构和发光性能进行了表征。论文主要包括以下几个方面内容:  1、研究单晶硅和铝酸锂衬底材料与 ZnO的匹配。采用磁控溅射法在Si(100)、Si(111)、γ-LiAlO2(100)、γ-LiAlO2(301)、γ-LiAlO2(302)衬底上沉积了ZnO薄膜。讨论了ZnO薄膜的择优取向和结晶质量与晶格失配率的关系。并在γ-LiAlO2(301)和(302)衬底上生长出了非极性的a面ZnO薄膜。  2、采用磁控溅射法、脉冲激光沉积法和溶胶-凝胶旋转涂敷法制备了ZnO薄膜。并讨论了不同制备方法、不同衬底材料、不同衬底温度、及不同后处理工艺对氧化锌薄膜特性的影响。用脉冲激光沉积法,在γ-LiAlO2(100)衬底上沉积了高质量的ZnO发光薄膜,发光峰(峰位377nm)半峰全宽仅为96meV。发现了生长不均匀的ZnO薄膜在光致发光时的反常现象,并分析了可能的原因。  3、用MOCVD法在γ-LiAlO2(100)衬底上制备出非极性的m面GaN薄膜,在γ-LiAlO2(302)衬底上制备出了非极性的a面GaN薄膜。而且GaN薄膜样品有很强的紫外发光峰(峰位363nm),m面GaN薄膜发光峰半峰全宽为128meV,而a面GaN薄膜发光峰半峰全宽仅为102meV。  4、用溶胶-凝胶旋转涂敷法在玻璃衬底上生长了掺Al的和未掺杂的ZnO薄膜。研究了掺杂对薄膜结构和发光性能的影响。
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