【摘 要】
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近几年来,随着半导体工业的不断发展,作为第三代半导体材料,宽禁带GaN和ZnO越来越受到研究人员的重视。GaN材料已经广泛应用于新型光电器件领域。相比于GaN材料,ZnO材料有着
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近几年来,随着半导体工业的不断发展,作为第三代半导体材料,宽禁带GaN和ZnO越来越受到研究人员的重视。GaN材料已经广泛应用于新型光电器件领域。相比于GaN材料,ZnO材料有着更高的激子束缚能(室温下60meV)和更加便宜的价格。这使得ZnO材料在紫外、深紫外发光与探测领域有着非常广阔的应用前景。作为ZnO基材料家族中的一员,MgZnO材料有着独特的优势,可以通过调剂Mg/Zn组分来调节MgZnO材料的带隙,推动ZnO基材料在紫外与深紫外应用的进一步发展。想要制备出高质量的ZnO基半导体器件,高质量的ZnO材料非常重要。本论文通过分子束外延系统(MBE),以类超晶格的方式生长MgZnO准三元合金。通过改变生长过程中的热处理工艺、调节氧分压、缓冲层等,从实验到理论,研究不同的生长工艺对MgZnO准三元合金的晶体质量、表面形态和光学特性的影响。我们采用了 X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)、透射谱、光致发光谱(PL)等实验方法测量样品的表面形态、晶体质量和光学特性。通过改变生长过程中生长ZnO层的氧分压,发现降低氧分压能够优化样品的晶体质量,并且影响到样品的表面形态。本课题对样品的缓冲层进行锌(Zn)或者氧(O)处理,研究不同的缓冲层热处理方法对外延MgZnO合金的影响。通过对样品进行XRD和AFM的表征,发现缓冲层Zn处理过后的样品,其表面形态和晶体质量都有了明显的提高。而透射谱分析也证明了这一点。而在MgO缓冲层和外延MgZnO准三元合金之间插入一层ZnO缓冲层后,样品的晶体质量有所下降,表面变得更加粗糙,并且没有产生类似于没有插入ZnO缓冲层时,Zn处理和O处理所带来的样品晶体质量和表面形态的差异现象。这能为薄缓冲层上生长高质量的MgZnO合金提供重要的实验依据。另外,通过对样品进行XRD和AFM的表征发现,缓冲层Zn处理过后的样品,其外延MgZnO准三元合金的Mg组分有明显的提高,说明缓冲层Zn处理能在一定程度上增强的Mg原子的吸附能力。而且当插入一层ZnO缓冲层后,这样的差异会扩大。这能使得Zn处理方法能够调节MgZnO准三元合金中Mg组分。
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