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ZnO是目前国际宽禁带半导体研究的热点材料之一。由于它具有非常大的激子束缚能(60 meV)而被广泛关注,有望在制作紫外发光二极管和激光二极管等光电子器件中获得应用。在保持纤锌矿结构不变的前提下,MgO和ZnO形成合金Zn1-xMgxO的带隙可以在3.3-4.0 eV之间调谐,可以与ZnO相配组成异质结、多量子阱和超晶格,所以ZnMgO是一种很有前途的光电材料。本文探索了低压金属有机化学气相沉积法方法在不同晶面的蓝宝石和Si(100)上ZnMgO的生长情况;制备了MgO/AlN,ZnO/hBN,C面和A面的InN/ZnO薄膜异质结,利用X射线光电子能谱测量了它们的带阶差。主要研究成果如下:
(1)采用MOCVD法在不使用催化剂的条件下,成功在C面蓝宝石上制备了高取向性的Zn1-xMgxO纳米棒和薄膜。对不同Mg组分的样品进行了结构表征和光谱测试,并比较了不同晶面蓝宝石衬底上产物的生长速率及对Mg并入量的影响。
(2)采用MOCVD法在M面的蓝宝石上制备了六角ZnMgO纳米塔/薄膜,并对纯的ZnO及ZnMgO产物在氮气和氧气下分别在800℃快速热退火1分钟,用XRD及XRC分析了掺Mg及退火对晶体质量的影响;用室温和变温的PL谱研究了掺Mg及退火对带边发光的影响;并用正电子湮灭谱研究了掺Mg及退火对样品中的负电中心(VZn)浓度的影响。
(3)初步探索了Si(100)基体上ZnMgO合金的生长习性。结果发现在相同条件下ZnO纳米棒的生长速度远远小于C面蓝宝石上ZnO纳米棒的生长速度,并且发现随着Mg的并入,ZnMgO纳米棒转变为薄膜。我们还探索了不同生长温度对ZnMgO合金形貌及Mg的并入量的影响。
(4)采用MOCVD法生长了MgO/AlN、ZnO/hBN和C面与A面的InN/ZnO异质结。运用XPS测量了它们的异质结带阶,并分析了不同晶面(C面和A面)的InN/ZnO异质结的带阶差异。