【摘 要】
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拥有直接带隙的宽禁带半导体材料,氮化镓(GaN)和硫化锌(ZnS),被广泛应用于多种光电器件的研发,其中GaN材料是目前发光二极管的核心,而ZnS则可以被应用于太阳能电池,气敏传感器和导电薄膜等应用领域。倘若将这两种材料结合起来,以空穴型(P型)GaN为衬底,外延生长具有电子载流子类型(n型)的ZnS薄膜,即有望制备出具有二极管属性的ZnS/GaN异质结,该异质结可用于紫外发光二极管,紫外光电探测
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拥有直接带隙的宽禁带半导体材料,氮化镓(GaN)和硫化锌(ZnS),被广泛应用于多种光电器件的研发,其中GaN材料是目前发光二极管的核心,而ZnS则可以被应用于太阳能电池,气敏传感器和导电薄膜等应用领域。倘若将这两种材料结合起来,以空穴型(P型)GaN为衬底,外延生长具有电子载流子类型(n型)的ZnS薄膜,即有望制备出具有二极管属性的ZnS/GaN异质结,该异质结可用于紫外发光二极管,紫外光电探测器的研发,在紫外激光器的研发上也具有很大的潜力。过去的两年中,我们采用分子束外延技术,系统研究了高质量ZnS/GaN异质结的外延生长方法,本论文主要汇报了我们在该研究方向上的成果。在研究中,我们采用分子束外延外延技术,以ZnS为蒸发源,在GaN衬底上沉积ZnS薄膜,通过控制衬底温度,蒸发源温度以及薄膜厚度等参数,结合高能电子衍射谱,系统研究了超薄ZnS/GaN异质结(薄膜厚度在6nm以下)的外延生长过程。在高温生长(衬底温度大于460℃)的外延生长的ZnS/GaN异质结中,我们获得了高质量的ZnS薄膜,并通过透射电子显微镜的表征从中观察到了ZnS的结构随着薄膜厚度发生变化的外延现象,具体表现为一种闪锌矿(高温相)向纤锌矿(低温相)的结构相面。针对此种结构相变,我们提出了衬底诱导相变的机制,并对高温生长下高质量ZnS/GaN异质结生长的原理进行了论证。该研究为下一步实现ZnS/GaN基半导体光电器件的研发奠定了外延生长的技术基础。
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