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氧化锌(ZnO)是直接带隙宽禁带半导体材料,具有大的激子束缚能(60meV),可实现室温下的紫外受激辐射,在紫外发射器件、紫外激光器件等领域具有广阔的应用前景。本论文系统地研究了采用KrF准分子脉冲激光沉积技术制备ZnO薄膜的工艺和性质,根据对ZnO薄膜结构和发光特性的研究,优化了薄膜生长条件,得到了高度c轴(002)取向的质量较高的ZnO薄膜。论文的主要内容有: (1)在不同衬底温度下制备了ZnO薄膜,衬底温度400℃—700℃样品的XRD结果表明其都具有c轴取向的生长特性。随着衬底温度的升高,ZnO(002)衍射峰的半高宽减小,薄膜的晶体质量有所提高。400℃生长的样品表面具有双层结构,高温下生长的样品表面呈现绳状结构。据我们所知这种双层结构还是首次报道。衬底温度为500℃生长的样品具有较强的紫外发射。随着温度升高,紫外发射强度降低。论文探讨了衬底温度对紫外发光的影响,认为ZnO的紫外发光与样品化学配比关系密切。 (2)在不同的氧氛围压强下制备了ZnO薄膜,在10Pa—100Pa氧气氛围中生长的ZnO薄膜c轴择优取向良好。随着氧气氛压强的升高,样品晶粒减小,晶体质量下降,样品的紫外发射逐渐变强。不同氧压生长样品的表面形貌也发生明显的变化,其中100Pa样品表面分布有层状对称的大花瓣结构。实验结果表明ZnO的紫外发光与样品化学配比关系密切,而深能级绿光发射可能来源于氧错位。 (3)在不同温度生长的缓冲层上制备了ZnO薄膜,研究了缓冲层对薄膜结构和光学性质的影响。XRD结果表明,生长在缓冲层上的样品比直接生长在Si衬底的样品(002)衍射峰的半高宽减小,晶体质量得到较大改善。PL谱表明紫外发光变强。实验结果表明缓冲层的“模板”作用是形成样品不同表面形貌的主要原因。低温缓冲层的引入把产生于衬底和ZnO界面上的大多数位错限制在了缓冲层内,降低了Si衬底与ZnO的晶格失配及对称差异问题,有效提高了ZnO薄膜的晶体质量。