非极性氧化锌薄膜的外延生长及相关掺氮研究

摘要

近几十年来，宽禁带化合物半导体ZnO材料由于其自身拥有的诸多优点而越来越受到研究者的重视，然而其p型材料制备的困难依然是制约其在光电器件方面大力发展的瓶颈。本论文的主要研究思想在于从ZnO的结构方面寻求p型掺杂研究的突破。主要是利用分子束外延(MBE)的技术分别在ZnO(10-10)和MgO(100)两种衬底上分别同质和异质外延生长了纤锌矿ZnO(10-10)和立方ZnO(001)两种非极性的薄膜。并对ZnO(10-10)薄膜进行了掺氮的初步探索研究。采用原位的反射高能电子衍射(RHEED)、原位的扫描隧道显微镜（STM）、异位的原子力显微镜(AFM)、异位的X射线衍射(XRD)对所生长的薄膜进行细致的结构分析;采用X射线光电子能谱(XPS)和透射谱进行薄膜的成分和电子结构的表征。
　　第一部分工作的研究结果表明，ZnO(10-10)衬底上可得到表面比较平整的同质外延的无掺杂ZnO(10-10)薄膜;氮的掺入明显改变了ZnO(10-10)的表面形貌，且N元素在薄膜中的成键状态会随着N与O的气压比例的变化而变化，通过适当的调控，可出现N替代O这种有利于ZnO的p型掺杂的缺陷。
　　第二部分工作的主要结果是利用“三步骤”的方法，在MgO(100)衬底上外延生长了通常在高压环境下制备的立方结构的ZnO薄膜。经检测推断，样品的表面薄膜层（约5nm厚）为ZnO相，缓冲层为ZnMgO相。缓冲层和薄膜层均可能顺延了衬底MgO的岩盐矿结构。由于立方的ZnO相对于纤锌矿的结构在p型掺杂方面具有一定的优势，本文工作的结果有望为p型ZnO材料的后续研究提供前期研究基础。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 ZnO的晶体结构

1．3 ZnO的晶格参数

1．4 ZnO的能带结构及光学性质

1．5 ZnO的掺杂性质

1．6 ZnO薄膜的应用

1．7 本文的主要工作

参考文献

第二章 ZnO薄膜的制备技术与表征方法

2．1 ZnO薄膜的制备技术-分子束外延技术

2．2 ZnO薄膜的裹征技术

2．2．1 反射高能电子衍射(RHEED)

2．2．2 X射线衍射(XRD)

2．2．3 原子力显微镜(AFM)

2．2．4 扫描隧道显微镜(STM)

2．2．5 X射线光电子能谱(XPS)

2．2．6 紫外-可见吸收和透射光谱

参考文献

第三章 在ZnO(10-10)上生长ZnO薄膜及N掺杂的研究

3．1 引言

3．2 ZnO薄膜的制备与测试

3．3 结果与分析

3．3．1 薄膜的表面形貌

3．3．2 薄膜的电子结构

3．4 本章小结

参考文献

第四章 立方结构ZnO薄膜的制备与性能研究

4．1 引言

4．2 ZnO薄膜的制备与测试

4．3 结果与分析

4．3．1 薄膜结构的分析

4．3．2 薄膜成分的分析

4．4 本章小结

参考文献

第五章 总结与展望

硕士期间发表论文

致谢