Zn缓冲层对氧化锌薄膜的结构和光学特性的影响.pdfVIP

贾迎飞等：Zn缓冲层对氧化锌薄膜的结构和光学特性的影响 Zn缓冲层对氧化锌薄膜的结构和光学特性的影响 贾迎飞，马书懿，陈海霞，陶亚明，侯丽莉，孟军霞，尚小荣 (西北师范大学物理与电子工程学院，甘肃兰州730070) 摘要： 采用射频磁控溅射法在玻璃衬底上制备了 的微观状态、性能与工艺参数之间的关系探索最佳的 具有高C轴择优取向的不同Zn缓冲层厚度的ZnO 生长条件，但缺乏比较系统的研究。在众多的参数中 (ZnO／Zn)薄膜。利用X射线衍射(XRD)法、扫描电 我们发现不同的缓冲层厚度对Zn0薄膜的生长行为 子显微镜(SEM)技术和光致荧光(PI。)发光谱(PL)等 起着至关重要的作用，影响着薄膜的结构及光学性能。 表征了ZnO／Zn薄膜的微观结构和发光特性。XRD 本文采用射频反应磁控溅射法在玻璃衬底上成功 的分析结果显示，随着缓冲层厚度的增加，(002)衍射 制备出了f轴高择优取向的ZnO薄膜，研究了缓冲层 峰的半高宽(FWHM)逐渐变小，表明薄膜的结晶质量 厚度对ZnO薄膜微观结构及光学特性的影响，并对可 得到改善。通过对样品PL谱的研究，发现分男ll位于 见光的发光机理进行了分析。结果表明，随着缓冲层 435(2．85eV)和480nm(2．55eV)的蓝光双峰以及 530nm(2．34eV)的绿光峰，且缓冲层沉积时间为 均有所下降。并且经分析得出位于435nm的蓝光发 10rain时，样品的单色性最好。推测位于435nm的蓝 光来源于电子从Zn；缺陷能级到价带顶的跃迁，而位 光发射主要来源于电子从锌填隙缺陷能级到价带顶的 跃迁所致，而绿光峰的发光机制与氧空位有关。 关键词： ZnO薄膜；缓冲层；磁控溅射；光致发光 中图分类号：TB383；0484．4文献标识码：A 级之间的跃迁。 文章编号：1001-9731(2010)09—1615-03 2 实 验 1 引 言 Zn0具有六角纤锌矿晶体结构，是一种新型的直 真空磁控溅射设备上制备。采用纯度优于99．99％的 接宽带隙Ⅱ一Ⅵ族化合物半导体材料，其禁带宽度为 3．37eV，激子束缚能为60meV，可以实现室温下激子前用丙酮、无水乙醇、去离子水中依次进行超声清洗 发射，具有抗紫外辐射作用[1]。ZnO具有优异的光电 15min，交替清洗3次，清洗完毕后用氮气吹干迅速放 及压电特性，在发光二极管及光探测器、光致荧光器 入真空室内。样品制备过程中真空室气氛为纯度优于 件、透明导电薄膜、气敏传感器、表面声波谐振器、GaN 99．99％的Ar和O：的混合气体，基片与溅射靶的间 过渡层等诸多领域都有应用∞’3]。目前制备ZnO薄膜 的方法主要有金属有机化学气相沉积法、等离子沉积 通过控制溅射时间来实现，溅射时间分别为0、5、10和 法、溶胶一凝胶法、原子层沉积法、分子束外延法以及磁 15min，样品依次记为a、b、C、d。 控溅射法[43等，其中磁控溅射法被广泛用于生长高质 薄膜的结构分析利用日本理学公司生产的D／ 量的Zn0薄膜。 到目前为止，ZnO薄膜可见光发光机制的来源仍 存在很大的争议，已有的研究表明氧空位(Vo)、锌空 位(Vzn)、锌填隙(Zn；)等薄膜内部的本征缺陷对Zn0