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氧化锌(Zinc Oxide,ZnO)是一种直接带隙半导体材料,室温下禁带宽度为3.37 eV。其激子束缚能为60meV,远高于GaAs半导体材料(～10meV),使ZnO在半导体器件中有广泛的应用前景,如:发光二极管(LEDs)、激光二极管(LDs)、紫外探测器等。通过在ZnO中掺入Mg、Cd等元素,可以调节其禁带宽度,进而使其发光波长实现从紫外到可见光波段的调节。根据ZnO材料带宽可调的特点和能带工程理论,可以制备出具有载流子束缚效应的异质结和超晶格,从而实现ZnO光电器件在特殊波段的发光。现阶段有关Zn1-xCdxO/ZnO异质结的研究工作多集中于个别单一成分的带阶研究,而对于异质结带阶随Cd含量变化的研究却鲜有报道。众所周知,在能带工程中异质结带阶参数对异质结以及超晶格的设计具有很重要的参考价值。要调控Zn1-xCdxO/ZnO异质结的带阶并获得带阶参数,就必须控制Zn1-xCdxO薄膜的能带结构,而Zn1-xCdxO薄膜的能带结构与薄膜中的Cd含量是密切相关的。因而制备不同Cd含量的外延Zn1-xCdxO薄膜,从而获得较为准确的薄膜禁带宽度是很重要的,更进一步我们可以利用这些结果研究Zn1-xCdxO/ZnO异质结带阶随Cd含量的变化关系,为Zn1-xCdxO/ZnO异质结的研究设计提供了重要的数据参考。对此,本文开展了如下研究工作:(1)采用固相反应法,烧结了高纯度且具有不同Cd含量的ZnCdO陶瓷靶。利用激光分子束外延(Laser molecule beam epitaxy,L-MBE)技术,在 A12O3(0001)衬底上制备了一系列的Zn1-xCdxO薄膜和Zn1-xCdxO/ZnO异质结。首先通过时间-厚度曲线标定了薄膜的生长速率(～0.05 nm/s),发现当薄膜厚度超过100 nm时,沉积速率降低。利用 X 射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectrum,XPS)确定了 Zn1-xCdxO 薄膜中的 Cd 含量(x=0%、5.0%、6.6%、7.5%、8.2%和 10.0%)。标明 Zn1-xCdxO 薄膜中的 Cd含量可以被较好的调控。(2)利用X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)方法表征了薄膜结构,结果表明Zn1-xCdxO薄膜在A1203(0001)衬底上为c轴择优取向生长。随着Cd含量的增加,ZnCdO(0002)特征峰的半高宽(full width at half maximum,FWHM)从 0.248 ° 增加到了 0.411 °,说明薄膜的结晶质量随着Cd含量上升有所下降;与此同时,ZnCdO(0002)特征峰的衍射角变小,结合Bragg衍射公式表明Zn1-xCdxO薄膜的晶格常数随Cd含量的增加而变大。通过紫外可见分光光度计(ultraviolet visible,UV-vis),得到了薄膜的吸收系数,利用(ahv)2～hv曲线计算了 Zn1-xCdxO薄膜的光学带隙Eg,结果表明通过调节薄膜中的Cd含量,可以精确调控薄膜的禁带宽度。(3)利用XPS测量了 Zn1-xCdxO/ZnO异质结带阶,实验结果表明Zn1-xCdxO薄膜的导带底和价带顶均位于ZnO的禁带之内,说明ZnCdO/ZnO异质结属于Ⅰ类异质结。随着Cd含量增加,异质结导带(价带)带阶均增大,结合第一性原理的计算结果,分析了带阶值随Cd含量的变化关系。随着Zn1-xCdxO薄膜中Cd含量的上升,Cd 4d和Zn 3d与O 2p之间的p-d排斥效应加强会使薄膜中价带顶上升,而Cd 5s和Zn 4s的杂化作用加强则会使导带底下降,最终导致导带(价带)带阶随着薄膜中Cd含量的增加而增加。与此同时,实验结果还表明导带带阶的增加程度远小于价带带阶,通过霍尔效应测试仪测量了 Zn1-xCdxO薄膜中的载流子浓度(>5.7×1l17/cm3),说明Zn1-xCdxO薄膜为重掺n型半导体薄膜,费米能级靠近导带,所以随着Cd含量的增加,Zn1-xCdxO/ZnO异质结中导带带阶的变化幅度远小于价带带阶。这些结果对ZnCdO/ZnO异质结以及超晶格的研究和设计提供了重要的参考价值。