激光辐照及退火处理对氧化锌薄膜可见光发光性能调控的研究

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氧化锌(ZnO)作为一种新型的半导体光电材料,在太阳能电池、紫外探测器、表面声波器件、发光二极管等方面都有着极其广泛的应用。随着对ZnO认识的不断深入,许多先进的生长技术被应用到ZnO薄膜的制备上,其光电性能的研究也成为材料领域研究的热点之一。本论文采用PLD技术在蓝宝石衬底上制备ZnO薄膜。研究了衬底温度、生长气氛(氮气及氧气)以及气压对ZnO薄膜发光性能的影响,并通过PL谱图表征,获得ZnO薄膜可见光发光强度最强的生长条件。将可见光发光强度最强的ZnO薄膜作为实验样品,分别进行不同温度的退火以及不同激光能量的辐照处理,研究ZnO薄膜发光和导电性能的变化,明确其UV发射和可见光发光的机理,并进一步实现ZnO薄膜可见光发光的调控。结果表明:在室温下40Pa的氧气气氛中,可生长出可见光发光强度最强的ZnO薄膜。退火和激光辐照导致ZnO薄膜的表面形貌差异很大,与激光辐照相比,退火后薄膜的结晶质量提高,UV发射与其表面形貌紧密相关。退火和激光辐照均能够对ZnO薄膜的本征缺陷类型和浓度进行有效地调控,尤其是增加了浅施主缺陷的浓度。可见光发光分为1.84、2.08、2.22和2.38eV四个子带,分别归属于Oi、VO++、VZn及VO+发光,UV发射则起源于F0X、D0X及D0X-1LO复合发光。经过退火处理,ZnO薄膜的导电性提高了5个数量级,而激光辐照后则提高了6个数量级,这可能与Zni缺陷相关的浅施主缺陷浓度的增加有关。此外,不同激光能量的辐照能够有效地调控ZnO薄膜的可见光发光颜色,从红橙光到蓝绿光的连续变化,并且加盖掩膜可以实现发光形状的控制。
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