PLD法生长ZnMgO/ZnO异质结与多层纳米结构及其性能研究

摘要

MgO和ZnO形成合金Zn<,1-x>Mg<,x>O的带隙可以在3.2-7.9eV之间变化,在制备紫外波段光电器件方面有着广阔的应用前景.由ZnO和Znl-xMgxO交替沉积而成的ZnO/ZnMgO量子阱和超晶格在激光器、光探测器和其他光电器件方面也有潜在的应用价值. 本文采用脉冲激光,分别在Si(100)衬底和采用ZnO作为缓冲层的Si(100)衬底上生长了ZnMgO薄膜,并对衬底温度,激光频率,氧压以及生长时间等生长工艺参数进行了系统的研究.同时尝试了在Si(100)及Si/ZnO衬底上生长ZnO/ZnMgO异质结及超晶格结构.主要的研究工作如下:1.目前,ZnMgO合金薄膜大多数以蓝宝石或ScAlMgO<,4>为衬底.本文报道了在硅衬底上应用脉冲激光沉积法生长ZnMgO,并且首次通过对ZnMgO薄膜生长条件的探索,得出了适用于Si(100)衬底生长高质量c轴取向薄膜的最优条件: 衬底温度600℃,氧压10Pa,激光频率3Hz,靶材与衬底距离约为4.5cm.2.采用高温ZnO缓冲层技术,成功生长出高晶体质量及完全c轴取向的ZnMgO合金薄膜,通过XRD图谱观察其半高宽仅为0.2044°,而SEM图谱表明其表面结晶质量完好.3.在国内首次尝试了使用PLD方法在Si(100)上直接生长多层.ZnO/ZnMgO薄膜及量子阱.并对多层薄膜的生长条件,晶体质量,光学性质等方面进行了研究.所生长的多层薄膜晶体质量均为完全c轴取向,光学性质可能由于不匹配衬底的原因,有很大差别.4.采用ZnO缓冲层的方法改善Si与ZnMgO晶格失配较大的问题,生长多层ZnO/ZnMgO薄膜,并取得良好的结果.

目录

摘要

第一章前言

第二章文献综述

2.1 Zn，Mg简介

2.2 ZnO晶体的结构和性能

2.2.1 ZnO的晶体结构

2.2.2 ZnO的物理常数

2.3 MgO晶体的结构和性能

2.4 Zn1-xMgxO合金及多层薄膜的结构与研究进展

2.4.1 Zn1-xMgxO的结构

2.4.2 Zn1-xMgxO三元合金的应用

2.4.3 ZnMgO薄膜及ZnO/ZnMgO量子阱和超晶格结构的发光特性

2.4.4 ZnxMg1-xO薄膜及ZnO/ZnMgO超晶格结构的研究现状

2.5 ZnO/ZnMgO薄膜的外延生长技术

2.5.1分子束外延(MBE)

2.5.2金属有机物汽相外延(MOCVD)

2.5.3溶胶-凝胶法(sol-gel)

2.5.4其它生长方法

2.6立题思路及主要研究工作

参考文献

第三章PLD 薄膜生长实验原理和仪器设备

3.1脉冲激光沉积(PLD)实验基本原理

3.2 PLD薄膜生长实验系统简介

3.3实验流程

3.4实验方法

3.5分析测试设备

参考文献

第四章生长参数对Si(100)衬底上生长ZnMgO薄膜的影响

4.1引言

4.2 Zn-Mg靶材的制备及表征

4.2.1靶材的制备

4.2.2靶材的性质表征

4.3 Si(100)衬底上生长单层ZnMgO薄膜

4.3.1衬底温度对ZnMgO薄膜生长的影响

4.3.2激光脉冲频率对ZnMgO薄膜生长的影响

4.3.3氧压对ZnMgO薄膜生长的影响

4.3.4生长时间对ZnMgO薄膜生长的影响

4.4 ZnO缓冲层对生长Zn1-xMgxO薄膜的影响

4.4.1衬底温度对薄膜晶体质量的影响

4.4.2场发射扫描电子显微镜(FESEM)图像及其分析结果

参考文献

第五章Si(100)衬底上生长ZnO/ZnMgO 多层薄膜

5.1引言

5.2 ZnMgO/ZnO/ZnMgO双异质结生长

5.3 ZnO缓冲层上生长的ZnMgO/ZnO/ZnMgO异质结构

5.4 ZnO缓冲层上生长的ZnO/ZnMgO多层量子阱结构

参考文献

第六章结论

致谢