ZnO薄膜生长取向及紫外发光的研究

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ZnO是一种宽禁带半导体材料,在紫外光电器件应用领域有很大潜力。我们利用具有特定温度梯度的CVD设备,以锌粉和氧气为原料,在Si(100)衬底上制备了ZnO薄膜。锌粉中加入某些添加剂后可以改变ZnO薄膜的生长取向,采用的添加剂分别为不同比例的NaCl和LiCl。结果表明氯化物添加剂的浓度不同ZnO薄膜的生长取向也不同。用FESEM观察了ZnO薄膜的表面形貌,发现Zn和氯化物摩尔比为1:1时,生长的ZnO薄膜表面晶粒呈菱形或三角形,当两者的摩尔比为10:1时薄膜表面晶粒呈六角台形。在纤锌矿ZnO薄膜中菱形和三角形对应{101}晶面,而六边形对应{001}晶面。XRD分析结果证实,前者只观察到(101)和(202)衍射峰,而后者出现(002)衍射峰且其强度大于(101)衍射峰。这种现象和衬底无关,添加的氯化物起到降低ZnO{101}面表面能的作用,随着氯化物浓度的增加,薄膜从沿[002]方向生长逐渐转向沿[101]方向生长。 在本工作中,利用光致发光来研究未处理、N<,2>退火、O<,2>退火、ZnO退火的ZnO薄膜及粉末样品。在ZnO薄膜的8K光致发光谱中发现3.315eV的发射,用阴极射线谱来研究其发光位置。3.315eV发射的相对强度强烈依赖于ZnO的生长和退火气氛。阴极射线谱显示其位于ZnO颗粒的表面和晶界。这些结果表明3.315eV发射来源于ZnO颗粒表面和晶界处聚集的Zn填隙缺陷。这个发射从8K一直持续到300K以上,与自由激子发射一起构成ZnO的室温紫外发射。
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