射频等离子体辅助分子束外延生长高质量ZnO薄膜研究

摘要

本论文的主要任务是研究在蓝宝石(0001)衬底上利用射频等离子体辅助分子柬外延(rf-MBE)系统生长出高质量的氧化锌(ZnO)单晶外延薄膜，为ZnO这一新颖的半导体材料在光电子器件方面得到应用打下基础。 本文研究了锌(Zn)束流对薄膜质量的影响。在生长过程中，固定射频等离子体源功率为350W，氧气(O<,2>)流量为1.5SCCM，在10<'-8>-10<'-6>mbar之间调整Zn束流在蓝宝石(0001)衬底上进行薄膜生长与表征。随着Zn束流的调整，在PL谱中可以看到位于紫外约376nm处的由自由激子复合产生的近带边发射得到增强，而位于可见光区域的由缺陷和杂质引起的深能级发射得到了有效的抑制，说明我们的采用的方法对于生长高质量ZnO薄膜是可行的。 通过优化实验参数，在蓝宝石(0001)衬底上生长了ZnO薄膜。在X射线衍射(XRD)谱中除衬底的<006>峰外，只观察到ZnO薄膜的<002>衍射峰，其半高宽(FWHM)值为0.18°；在室温共振拉曼散射光谱中观测到三个散射峰位 1LO(575cm<'-1>)、2LO(1149cm<'-1>)和3LO(1724cm<'-1>)，这些结果表明ZnO薄膜具有单一c轴取向和高质量的纤维锌矿晶体结构。在吸收光谱中观测到自由激子吸收和激子-LO声子吸收峰，这表明在室温下ZnO薄膜中存在稳定的激子。室温下在光致发光谱(PL)中仅观测到位于376nm处的自由激子发光峰，而没有观测到与缺陷相关的深能级发射峰，这表明ZnO薄膜具有较高的质量和低的缺陷密度。

目录

文摘

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学位论文的主要创新点

第一章绪论

1.1引言

1.2 ZnO基本性质及相对优势

1.3 ZnO研究进展及现状

1.4 ZnO薄膜的生长方法介绍

1.4.1金属有机物化学气相沉积

1.4.2脉冲激光沉积

1.4.3磁控溅射

1.4.4溶胶-凝胶技术

1.5 ZnO薄膜的表征手段

1.5.1 X射线的衍射

1.5.2共振拉曼光谱

1.5.3吸收光谱

1.5.4光致发光谱

1.6本论文的研究内容

第二章射频等离子体辅助分子束外延技术概述

2.1分子束外延简介

2.1.1分子束外延工作原理

2.1.2分子束外延系统的结构

2.1.3分子束外延技术的发展历程

2.2射频等离子体辅助分子束外延

2.2.1束源炉

2.2.2射频等离子体源

2.2.3反射式高能电子衍射仪

2.3分子束外延薄膜的生长过程

2.3.1衬底的选择

2.3.2分子束外延的生长过程描述

第三章在蓝宝石(0001)衬底上生长高质量ZnO薄膜

3.1引言

3.2 Zn束流对ZnO薄膜质量影响的研究

3.2.1生长前衬底的清洗

3.2.2采用不同Zn束流生长ZnO薄膜

3.2.3结果与分析

3.3高质量ZnO薄膜的生长与表征

3.3.1实验过程

3.2.3结果与分析

第四章结论

参考文献

攻读硕士期间论文发表情况

致谢