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作为宽带隙半导体的氧化锌,禁带宽度为3.37eV,激子束缚能高达60meV,激子增益也可达到300cm-1,是一种理想的短波长发光器件材料,在LEDs、LDs等领域有巨大的应用潜力。要实现ZnO在光电领域的广泛应用,首先必须获得性能良好的n型和p型ZnO材料。但是未掺杂ZnO薄膜由于其本征缺陷使其成为天然的n型半导体,而理论计算预言氮元素可以在ZnO薄膜中形成浅的受主能级,Yamamoto通过理论计算指出,施主和受主元素共掺可以大幅促进受主元素在ZnO中的掺杂量。因此,本课题采用闭合场非平衡磁控溅射技术在高纯石英衬底上制备了N及Al-N共掺ZnO薄膜,对共掺与非共掺样品的光学性能进行了对比分析,并分析了不同退火条件对ZnO薄膜结构和光学性能的影响,获得以下结论: XRD显示退火后ZnO薄膜具有明显的c轴择优取向,晶体质量大为提高;在原子力显微镜下观察到薄膜晶粒垂直于衬底生长,且随氧氩比由1∶1增大到3∶2,晶粒尺寸变大,晶粒排列更加均匀、致密、连续,表面粗糙度降低;对ZnO薄膜厚度的计算结果显示,当靶电流1.0A、沉积时间3小时,氮氧比3∶2时的膜厚大约为607nm。 对ZnO∶N和ZnO∶(Al,N)薄膜的光学性能对比分析得出,Al的掺入会促进更多的N的掺入,而导致薄膜严重的品格畸变,同时透射谱吸收边发生红移,禁带变窄,并且ZnO∶(Al,N)薄膜出现了紫外发光峰。 退火对ZnO∶(Al,N)薄膜的影响:退火提供的能量使N2有效地分解成N原子成为代替O原子的受主能级掺入到薄膜中,退火后样品的吸收边红移,428nm处的紫光发光更强。退火气氛对ZnO薄膜晶体质量的影响甚小,氮气退火可以保证更多的N掺入到ZnO薄膜中,但同时产生更多的缺陷,真空退火吸收边蓝移,空气和氧气退火吸收边红移。ZnO∶N薄膜在600℃退火时掺入N的量最多,而ZnO∶(Al,N)薄膜800℃退火时掺入N的量最多。