硅基ZnO系薄膜及其发光器件

作     者：张瑞捷 

作者单位：浙江大学 

学位级别：硕士

导师姓名：马向阳;杨德仁

授予年度：2010年

学科分类：08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：硅 ZnO CdZnO 热处理 光学性能发光器件 

摘      要：ZnO具有3.37 eV的直接宽禁带,在室温下有相当高的激子束缚能(60 meV),是潜在的电致紫外发光器件的半导体材料。当ZnO与CdO形成合金半导体CdZnOO时,禁带宽度可以减小到～1.8 eV,因而可用于制备电致可见发光器件。本文在硅基上制备了基于ZnO缺陷发光的电致发光器件,研究了其发光性能;此外,利用反应磁控溅射法制备了CdZnOO薄膜,研究了其光致发光随热处理条件的变化情况,为制备基于CdZnOO薄膜的电致可见发光器件打下基础。本文得到了如下主要结果;以溶胶-凝胶法在重掺硼硅片(p-Si)衬底上制备含有ZnO晶粒的ZnSiO(ZnSiO:ZnO)薄膜,形成硅基ZnSiO:ZnO薄膜发光器件。该器件表现出良好的整流特性;在正向偏压下,器件产生与ZnO缺陷相关的电致发光,发光强度随着正向偏压的增大而不断增强,而反向偏压下器件不发光。基于该器件的能带结构,初步解释了上述载流子输运和电致发光的机理。 利用直流反应磁控溅射生长了高度c轴取向生长的单一六方相CdZnOO薄膜,研究了热处理对薄膜的晶体结构和光致发光的影响。结果表明:(a)经过不同温度(500-800℃)常规热处理,随着热处理温度的升高,CdZnOO薄膜中Cd含量逐渐降低,且由于Cd的挥发而使薄膜出现孔洞,与此同时薄膜分相,而发光峰位由于薄膜中物相的变化而发生相应的变化。(b)经N气氛下500-700℃快速热处理(RTA)后的薄膜的光致发光强度显著提高。随着RTA温度的升高,Cd含量较低的薄膜始终保持单一六方相,近带边辐射发光峰位稍有蓝移;Cd含量较高的薄膜中含Cd的ZnO相与含Zn的CdO相共存,其PL谱中出现与这种物相相关的两个近带边辐射发光峰,且随着温度升高发光峰位蓝移。