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MgZnO薄膜的制备及特性研究

张锡健  
【摘要】:近几年来,宽禁带半导体材料引起人们的关注,因为这些材料在蓝光及紫外光发光二极管、半导体激光器和紫外光探测器上有重要的应用价值。这些器件在光信息存储、全色显示和紫外光探测上有巨大的市场需求。人们已经制造出Ⅲ族氮化物和ZnSe等蓝光材料,并用这些材料制成了高效率的蓝光发光二极管和激光器,使全色显示成为可能。但是这些蓝光材料也有明显的不足,ZnSe激光器在受激发射时容易因温度升高而造成缺陷的大量增殖,故其寿命很短。GaN材料的制备则存在制造设备昂贵、衬底材料缺乏、薄膜生长困难等缺点。ZnO材料无论是在晶格结构,晶格常数还是在禁带宽度上都与GaN很相似,对衬底没有苛刻的要求而且很易成膜,被认为是很有前途的光电子材料。特别令人感兴趣的是ZnO材料在室温下具有高的激子束缚能(约60meV),在室温下激子不被电离,激发发射机制有效。这对于制造在室温下低激射阈值的激光器极为有利。 制备ZnO基光电子器件需要两个重要条件: 一.获得p型ZnO 本征ZnO是一种n型半导体材料,必须通过受主掺杂才能实现p型转变。但是由于ZnO中存在较多本征施主缺陷(氧空位和锌间隙),对受主掺杂产生自补偿作用,并且受主杂质固溶度很低,掺杂难度较大。因此,p型ZnO的研究已成为国际上的研究热点。 二.实现能带工程 人们希望找到晶体结构相同,晶格常数相近,禁带宽度更大的材料。这种材料可和ZnO一起组成异质结、量子阱和超晶格,不但能极大地提高ZnO的发光效率,而且能对材料的发光特性进行调制。MgZnO材料即可满足这种要求。MgO和ZnO形成MgZnO的带隙可以在3.3~7.9eV之间变化,可以与ZnO组成异质结、多量子阱和超晶格。所以MgZnO是一种很有前途的光电材料,它既可以作为ZnO材料的势垒层,也可以直接作为紫外发光材料,在制备紫外波段的光电器件方面有着广阔的应用前景。 目前报道的MgZnO薄膜多数采用金属有机物化学气相外延(MOVPE)、分子束外延(MBE)和脉冲激光淀积(PLD)等方法制备,薄膜生长温度普遍较高(500~650℃)。我们首次采用低温生长技术,用射频磁控溅射法在80℃衬底温


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