（材料物理与化学专业论文）Li掺杂p型Znlt1xgtMgltxgtO薄膜及ZnO和ZnMgO纳米材料的研究.pdf

浙江大学博士学位论文 摘要z n o 是一种i i v i 族化合物半导体材料，其室温禁带宽度为3 3 7e v ，激子束缚能为6 0m e v ，远大于室温热能( 2 6 m e v ) ，因而理论上会在室温下获得高效的紫外激子发光和激光。而且，z n o 外延生长温度低，抗辐射能力强，原材料资 源丰富、价格低廉，对环境无毒无害，制备工艺简单。因此，z n o 是制备室温和 更高温度下的半导体激光器( l d s ) 、紫外光探测器、蓝紫波段l e d s 和l d s 等的 理想材料。通过改变z n o 中m g 的掺入量，让m g 取代z n 的位置，所形成的 、z n i 。m 委雾需谢塑霾羹雾蓬蓊鞫霁| l l 攀萎霾熬毳雨囊篱硒嚣翟薪i 。蓁冀一耋霍蟛雾雾 鉴墼 舶嚣耋堡髫吲蠢蓁囊鎏鬟雾首薹霁篓型。雾淋鎏羲篓鞫塾塞鬻璧雾婴蓁i 鋈髯荔需 薹蠹冀嚣毳篓冀羹鬟雾；冀羹雾囊颐嚣豁霸骣囊藜i 辫矍荤变酗a n m ，t v k a t e s a l l ，r d v i s p u t e ，h s h e n ，c o m p o s i t i o n a l i y - t u n e d 印i t a ) 【i a lc u b i cm g 。z n l x oo ns i (1 0 0 ) f o rd e c p u l 咖i o l e tp h o t o d e t e c t o r s ，a p p l p h y s l e t t ，8 2 ( 2 0 0 3 ) 3 4 2 4 - 3 4 2 6 1 4 0 s s h u l l a v a r 斌s d h a lb 、l 曲e s e ，i 做e u c t l i ，t v c = i l | 【a t e s a i l ，a n dr d s p u t e ， r e a li z a t i o no fm g c x ：0 1 5 ) z n ( 1 _ x = 0 8 5 ) o - b 嬲e dr n e t a l - s e i i l i c o n d u c t o rm e t a lu vd e t e c t o ro n q l l a r t za n ds 印p i l i r e ，j 、k s c i 融h n 0 1 a ，2 3 ( 2 0 0 5 ) 9 8 2 - 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n 结。i v 测试表明该结构具有明显的整流特性，这进一步证明“n 双受主 掺共杂z i l o 8 9 m g o 1l o 已经实现了p 型转变。 5 】采用锌粉和醋酸锌的混合物为原料热蒸发的方法制备了玫瑰花状和剑麻状 两种新颖的花状z n o 结构。结果表明源材料中有醋酸锌是形成花状结构的主要原 因。剑麻状结构的样品具有较好的场发射性能，是优良的阴极场发射材料。 6 】在硅衬底上用热蒸发纯锌粉的方法生长了z n 0 纳米棒和纳米钉阵列。测试 结果表明这两种结构均属于六方纤锌矿结构，具有明显的c 轴择优取向性。由于 氧气不足造成z n 蒸气在纳米棒顶端聚集，是形成z n o 纳米钉结构的主要原因。 7 】采用热蒸发锌粉和镁粉的混合物通过低温一升温一高温三步生长的方法， 首次获得了核壳结构的z n o c 动f c z n l 。m o 异质结纳米棒，纳米棒是由上下两 部分组成，顶部直径约为2 0m 的线状结构直接生长在直径约为1 8 0 姗的棒状结 构之上。测试结果表明纳米棒的顶端线状结构是立方z l 埘g o 结构，而底部的纳 米棒是由六方的纯z n o 和立方的z 1 1 m 9 0 组成核壳结构构成。我们认为生长温度 以及生长工艺的控制是最终获得异质结纳米棒的主要原因。 关键词：脉冲激光沉积，p z n l x m 歇o 薄膜，单一l i 掺杂和“n 双受主共掺杂 方法，热蒸发法，z n o 微米花，z n 0 纳米棒和纳米钉阵列，场发射， z n 0 c 甜6 珏z n m g o 异质结纳米棒。 浙江大学博士学位论文 o b t a i n e ds of hm o r e o v e r ，t h eb a n d 唱a po fz n oc a l lb em o d u l a t e db yd o p i n gw i t hm g f o r 如r t h e r 印p l i c a t i o n s ，w h i c hm a l ( e s i tp o s s i b l ef o rf a b r i c a t i n gz n o z n l - x m 歇o n a n o - h e t e r o s t m c t u r e s s oz n oa i l dz n l - x m 氍on a n o s t m c t u r e sh a v ep r o m i s i n g p o t e n t i a l 印p l i c a t i o n si nn a l l o - o p t o e l e c t r o 】：1 i c sa n dn a n o e l e c t r o n i c sd e v i c e s a c c o r d i n gt 0t h eh o t s p o ta n dd i m c u l tq u e s t i o n se x i s t e di nt h es t u d yo fz n m g o t h i nf i l m sa n dz n on a n o s t m c t i l r e s ，p t y p e “d o p e da n dl i - nc o d o p e dz n l - x m 歇ot h i n f i l m sh a v eb e e nr e a l i z e db yp l d z n oa n dz n m g oo n e d i m e n s i o n a ln a n o s t m c t l l r e s w e r ea l s os u c c e s s 如l l yf i a b r i c a t e du s i n gm e m l a le v a p o r a t i o nm e t h o d t h em a i nc o n t e n t o fm i st h e s i si sa sf o l l o w s ： 1 w eh a v e 铲o w nl id o p e dp t y p ez i l m g of i l m so ng l a s ss u b s t r a t e s w i t h d i f 佗r e mm gc o n t e n t ( “一2 8a t ) b yp u l s e d1 a s e rd e p o s i t i o n h a l lm e a s u r e m e n t s s u g g e s tt h a tt h er e s i s t i v i 够i n c r e a s e sw i t hm gc o n c e n t r a t i o n a c c e p t o rl e v e l sr e l a t e dt o l i z n1 0 c a t e da ta b o u t15 0m e va n d17 4m e va b o v em ev a l e n c eb a n dm a x i m l 】mw a s d i s c r i m i n a t e di n p h o t o l u m i n e s c e n c es p e c t r a f o rl i d o p e dz 1 1 0 8 9 m 勘11oa i l d z i l o 7 2 m g o 2 8 0f i l m s ，r e s p e c t i v e l y t h ec o n v e r s i o no fd o n o 卜a c c e p t o rp a i r ( d a p ) t oa 舶e t o - n e u t r a l - a c c 印t o r ( e ，a ”) 缸彻s i t i o nw a sa l s oo b s e r v e di nz n o 8 9 m g o 1l o ：l if i l m t h eo p t i c a lb a n dg 印a n dt h ea c c e p t o r b i n d i n ge n e 唱yi n c r e a s ew i t ha ni n c r e a s eo fm g c o n t e n ti nt h ef i l m s w h i c hl e a d st oar e ( 1 u c t i o ni nt h eh 0 1 ec o n c e n t r a t i o na n da n i n c r e a s ei nm er e s i s t i v i t y 2 l id o p e dp t y p ez n o 9 5 m g o 0 5 0t h i nf i l m sh a v e b e e na c h i e v e do n9 1 a s ss u b s t r a t e s b yp u l s e d1 a s e rd e p o s i t i o n t h er e s u l t so ft h eh a l lm e a s u r e m e n t si n d i c a t et h a tp - t y p e c o n d u c t i o ni nl id o p e dz 1 1 0 9 5 m g o 0 5 0f i l m si s s t r o n g l yd e p e n d e n to nt h eo x y g e n p r e s s u r e i n c r e a s i n go x y g e np r e s s u r ef r o m5p at o2 5p a ，t h el ic o n c e n t r a t i o ni n z n o 9 5 m g o 0 5 0f i r s t l yi n c r e a s e sa n dt h e nd e c r e a s e s s n 压sr e s u l ts u g g e s t st h a tah i g hl i a c c e p t o rc o n c e n t r a t i o ni nm ef i l m sg r o w n a ta no x y g e np r e s s u r eo f15p aa n d2 0p ai s r e s p o n s i b l ef o rt h ed e f i n i t i v ep t y p ec o n d u c t i v i t yi nm e s ef i l m s 3 p - t y p ez n l x m 歌ot h i nf i l m sw e r er e a l i z e dv i am o n o d o p i n gl ib ya n a l y z i n gt h e i n n u e n c eo fe x p e r i m e n t a lp a r a m e t e r s ( s u c ha st h eg l a s ss u b s t r a t et e m p e r a t 吡e s ，t h e 1 a s e rp u l s ee n e r g y ，t h ed i s t a n c eb e t w e e nt a r g e ta n ds u b s t r a t ea i l dt h el ic o n t e n ti nt h e t a r g e t s ) o nm ef i l m s t h eo p t i m a l 乒o w t hc o n d i t i o n s a r ea c h i e v e d s t a b l ea n d r e p r o d u c e a b l ep - t y p ez n l - x m & o 血i nf i l m sh a v eb e e no b t a i n e du n d e ro p t i m i z e d c o n d i “o n s 浙江大学博士学位论文 【4 l i nd u a l - a c c 印t o rc o d o p e dp t ) ，p ez 1 1 0 8 9 m 勖1i of i l i i l sl m ，eb e e nd 印o s i t e do n g l a s ss u b s n a t e sb yp u l s e dl 嬲e rd 印o s i t i o nu i l d e r 强i o n i z e dn 2 0 锄1 b i e n t h a l l m e a s u r e m e n t sr e v e a lt h a tt l l ef i l m sg r o w nu i l d e rai n o d e r a t en 2 0p r e s s u r e ( 2 3p a ) h a v em el o w e s tr o o m - 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l i k e z n os 仃u c t u r e s t l l ef i e l d e m i s s i o np r o p e r t i e si n d i c a t em a tt h es i s a l - s h 印e dz n o s t n l c t i l r e sh a v eb e t t e rf i e l de m i s s i o np r o p e n i e sm a nm em s e 一1 i k es t r i l c t u i 。e s o l l r e x p e r i m e n tr e s u l t ss u g g e s tt h a ts i s a l s h 印e dz n os t r u c t u r e sa r ep r o m i s i n gm a t e r i a l s f o ra p p l i c a t i o n si nan a tp 肌e ld i s p l a ya n d b r i 寸1 t n e s se l e c 仃o ns o u r c e 6 z n on a n o r o d sa n dn a n o n a i l sh a v eb e e ns y n t h e s i z e do ns i l i c o nw a f e r sb y e v a p o r a t i n gz np o w d e r s a nt h es a r n p l e sa r eh e x a g o n a lp h a s ez n ow i m1 1 i g l l l yc a x i s p r e f - e r e m i a lo r i e n t a t i o n t h ea n a l y s i sr e s u l t sd e m o n s t l a t e dt h a tm ec 印so f 彻n o n a i l s p o s s e s sa1 a 唱en 硼曲e ro fo x y g e nv a c a i l c i e s ，w h i c hm a yp l a yak e yr 0 1 e i i l d e t e m l i l l i n gm ef i o m 眦i o no fn a n o r 威l sa n dt h eh i 曲h n e n s i t yo f 乒e e ne i l l i s s i o n 7 z r l o c u b i cz n m g o c o a x i a lh e t e r o s t m c t i 鹏n a n o r o d sw i m w i r e - s h a p e dt i p s1 1 乏e b e e ns y n t h e s i z e dv i aam r e e s t 印c a t a l y s t - 丘e et h e n n a le v a p o r a t i o np r o c e s so nt h es i ( 11 1 ) s u b s t r a t e s t h er e s u l t so ft h em e 懿u r e m e n t sd e m o l l s 舰t et l l a tm e n a l l o r o dw i t ha c u b i c - p h a s e dt i pc o n s i s t so fa 帆l r t z i t ez n o c o r es u 玎o u n d e d b yac u b i cz n m g os h e l l w e s u g g e s tt h a tt h eg r o w t l lt e m p e r a l 埘e 锄dt h ep r o c e s sc o n t 】的1a r er e s p o n s i b l ef o rt h e f o 珊a t i o no ft h ez n o z 洲g oh e t e r o s 仃u c t u r en a i l o r o d s k e y w o r d s ： p l d ， p t y p ez n l x m g x o m i n f i l m s ， “ m o n o d o p i n g ， l i n d l l a l a c c 印t o rc o d o p i n g ，t h e m l a le v a p o r a t i o n ，n o w e r l i k ej 猛os t n l c t u r e s ，z n on a n o r o d a n dn a i l o n a i la r r a y s ，f i e l de 觚s s i o n ，z n o 砌6 配- z 州g oh e t e r o s t m c t u r en a l l o r o d s v 浙江大学博士学位论文 质以及z n o 材料集于一身的诸多优异性能，对z n o 及z n m g o 一维纳米结构的制 备、性能、生长机理及应用进行系统的研究不论在科研还是实际应用方面都具有 重要的意义。 在本文中，我们选择了氧化锌这种良好的光电材料，针对当前z n o 研究中存 在的能带工程和p 型掺杂两方面问题以及拓展和改善z n o 在纳米异质结发光器件 的应用，结合本实验室( 浙江大学硅材料国家重点实验室主任叶志镇教授课题组) 在z n o 的研究领域中良好的科研基础和丰富的研究经验，分别在玻璃衬底上制备 了单一锂( l i ) 掺杂和l i n 双受主共掺杂的p 型z n l x m o 薄膜和在硅衬底上制备 了z n o 及z n l x m o 纳米材料( z n o 微米花、纳米棒、纳米钉和 z n o c “6 f c z n l 。m o 异质结纳米棒) ，并对以上各种z n o 和z n l x m g x o 材料的结 构、形貌、光学、电学等特性及其生长机理进行了测试、分析和探讨。具体的行 文安排如下所示： 全文共分四章。第一章为综述，即本章，主要讲述半导体材料的发展、论文 选题的意义和所做的工作；简要分析了本文的立题依据、可行性分析以及相关 z n o 和z n m g o 薄膜及纳米材料国际上最新的研究进展。第二章介绍p l d 技术 沉积薄膜的原理、自制实验系统的建立和实验过程以及单一“掺杂和l i n 双受 主共掺杂p z n m g o 薄膜的生长，以及性能研究，并在l i n 双受主共掺杂 p z 洲g o 薄膜生长的基础上制备了p - z 1 1 0 8 9 m g o 1 1 0 ：( l i ，n ) n z n o 异质p - n 结。第 三章分别介绍了z n o 微米花、纳米棒、纳米钉和z n o c “6 f c z n l 。m g 。o 异质结纳 米棒的制备和性能研究，并且对生长机理进行了深入探讨。第四章为结论，对本 研究所取得的成果进行了总结，并且对本文的创新点及需要深入研究的问题分别 进行了介绍。接下来是参考文献和致谢。最后的附录为作者在博士研究生就读期 间发表和撰写的论文。 1 2z n o 的结构、性能及应用 z n o 是一种新型的i i v i 族直接宽带隙半导体材料，具有良好的透明导电性、 压电性、光电性、气敏性和压敏性的性质，使其能广泛应用于如平面光波导，透 明电极，透明导电膜以及紫外光探测器、表面声波器件、压电器件、压敏器件和 气敏传感器等器件中。自从z n o 的室温光泵浦紫外受激发射被发现后，它被认 为在制备紫外发光二极管( l e d s ) 和室温半导体激光器( l d ) 方面具有潜在的 浙江大学博士学位论文 与之相近的发光材料并克服g a n 材料的不足鞘副斟科削燃莉篓蓁莘耋割觏j 理 缮急附埽援季鬯茎冀善一篓萋菱藿霹衡淄拔蠢萍薹葡酾；霎妻薹薹誓霹墼委匿 蓊篓矍蓊型羹萤萎雾壤霾。鋈鎏酞，j 萋鬓鬟嚣掣羹羹霎薹萋! 羹囊；囊蠹堕萎篓鬟 肴蠹薹摹薹耵囊蔓：零萋霎胃妻主墅菇群i 蓁鳌；搭栉公品型吉葛；谢| | 3 ；臻堡碧箍牮 雾改天方r 对称i 霎；| 搓? 塞孽蠢番酥隙化合物半导体材料，通常条件下z n o 以六方对称的 纤锌矿结构存在，为氧原子与锌原子的六角密堆形结构，即每一个锌原子位于四 个相邻的氧原子所形成的四面体间隙中，但只占据其中半数的氧四面体间隙，氧 原子的排列情况与锌原子类似。它的a 轴晶格常数为3 2 4 3a ，c轴晶格常数为 5 1 9 5a 【1 3 1 ，室温下带隙为3 3 7e v 【1 4 1 。室温下，在施加了9g p a 左右的压强后， z n o 将开始从六方纤锌矿晶体结构转变为四方岩盐矿晶体结构，也就是n a c l 型 晶体结构，最近邻原子从纤锌矿晶体结构的4 个增加到四方岩盐矿晶体结构的6 个，体积缩小1 7 【l 引。另外，在立方晶体结构的衬底上还可以制备得到亚稳态 的立方闪锌矿型晶体结构的z n o 【1 6 】。图1 1 显示了这三种z no 的晶体结构( 立 方n a c l 型、立方闪锌矿型和六角纤锌矿型) 。 1 2 2z n o 的基本性质 室温下，z n o 禁带宽度约为3 3 7e v ，是一种新型的i i v i 族宽禁带直接带隙 化合物半导体材料。其激子束缚能高达6 0m e v 【1 7 _ 1 8 1 ，在室温下不会全部分解， 这意味着z n o 光致发光和受激辐射具有较低的阈值，因而更易在室温下实现高 效受激发射。z n o 还具有较高的热稳定性和化学稳定性，其熔点为1 9 7 5 ，加 热至18 0 0 升华而不 x 浙江大学博士学位论文 材料；( 二) 通过掺入m 昏c d 等元素调节z n o 的禁带宽度从而实现以z n o 为 基础的量子阱和超晶格；( 三) z n o 纳米结构的制备。 1 2 1z n o 的晶体结构 r o c l 【s a l l ( b 1 ) z i n cb l e n d e 3 ) w u 嗽妇( b 4 ) ( a b )( c ) 图1 1z n o 的三种晶体结构示意图( a ) 岩盐矿( b ) 立方闪锌矿型( c ) 六角纤锌矿 z n o 是i i v i 族直接带隙化合物半导体材料，通常条件下z n o 以六方对称的 纤锌矿结构存在，为氧原子与锌原子的六角密堆形结构，即每一个锌原子位于四 个相邻的氧原子所形成的四面体间隙中，但只占据其中半数的氧四面体间隙，氧 原子的排列情况与锌原子类似。它的a 轴晶格常数为3 2 4 3a ，c 轴晶格常数为 5 1 9 5a 【1 3 1 ，室温下带隙为3 3 7e v 【1 4 1 。室温下，在施加了9g p a 左右的压强后， z n o 将开始从六方纤锌矿晶体结构转变为四方岩盐矿晶体结构，也就是n a c l 型 晶体结构，最近邻原子从纤锌矿晶体结构的4 个增加到四方岩盐矿晶体结构的6 个，体积缩小1 7 【l 引。另外，在立方晶体结构的衬底上还可以制备得到亚稳态 的立方闪锌矿型晶体结构的z n o 【1 6 】。图1 1 显示了这三种z n o 的晶体结构( 立 方n a c l 型、立方闪锌矿型和六角纤锌矿型) 。 1 2 2z n o 的基本性质 室温下，z n o 禁带宽度约为3 3 7e v ，是一种新型的i i v i 族宽禁带直接带隙 化合物半导体材料。其激子束缚能高达6 0m e v 【1 7 _ 1 8 1 ，在室温下不会全部分解， 这意味着z n o 光致发光和受激辐射具有较低的阈值，因而更易在室温下实现高 效受激发射。z n o 还具有较高的热稳定性和化学稳定性，其熔点为1 9 7 5 ，加 热至1 8 0 0 升华而不分解。z n o 的分子量为8 1 3 9 ，无毒、无臭、无味、无砂性， 浙江大学博士学位论文 密度为5 6 0 6g c m - 3 ，系两性氧化物。易从空气中吸收二氧化碳和水，吸收二氧 化碳还原为金属锌。另外，z n o 还具有抗粒子辐射性能，可以在恶劣的环境下工 作。表1 1 列出了z n o 、g a n 和s i 的一些基本性质1 9 1 。 表1 1z n o 、g a n 和s i 基本性质的比较 物理参数 s iz n og a n 晶体结构( 3 0 0k )金刚石结构六方纤锌矿结构 晶格常数a ( 3 0 0k ) 衄 0 5 4 3 10 3 2 4 9 5o 3 1 8 9 晶格常数c ( 3 0 0k ) m o 5 2 0 6 90 5 1 8 6 原子个数c m 3 ( 1 0 2 2 ) 5 0 04 1 54 2 5 带隙间接直接直接 3 0 0k 时的禁带宽度乓( e v )1 1 23 3 73 4 4 密度p ( 咖m 3 ) 2 3 2 95 6 0 66 1 5 熔点l ( 。c ) 1 4 1 21 9 7 5 1 7 0 0 热导率巩( w c m k ) 1 3 11 21 5 热膨胀系数( 1 0 6 瓜) 池 2 5 96 54 3 热膨胀系数( 1 0 一6 瓜) 砒 3 04 0 静态介电常数 1 1 97 99 5 折射率，z ( 口轴方向) 3 4 22 0 0 82 3 5 激子结合能如( m e v ) 6 02 8 本征载流子浓度，z ( c m - 3 ) 9 x 1 0 9 1 0 6 5 oe v ) 和大的介电常数( l o 5 士o 5 ) ， 可以作为h i 曲尼候选材料【1 1 孓1 16 | 。当x 较小( o 烂o 3 7 ) ，即三元合金中m g 的含量 较小时，z n 0 是主体，m g 原子进入z n 0 晶体中，取代部分z n 原子，z n k m 歇0 的 晶体结构与z n o 相同，为六方纤锌矿结构( 晶格常数与z n o 接近，口略有增加，c 略有减小) 。由于m g o 的禁带宽度比z n o 的禁带宽度大，因而z n l 。m 歇o 合金的禁 带宽度比z n o 的大，并且随着m g 的摩尔百分比的不同，合金的禁带宽度可以从 3 3 7e v 扩展到4 3e v 1 0 9 1 。后一种情况，即m g 对z n 的取代，保证了z n 】。m 氍o 合 金的晶体结构与z n 0 相同；另一方面，m g 原子的价态与z n 相同，都为二价，所 以m g 对z n 的取代不会引起载流子浓度的巨大变化。而且，m 孑+ 的离子半径( o 7 2 a ) 与z n 2 + 的离子半径( o 7 4a ) 很相近，所以m g 原子对z n 原子的替代并不会 浙江大学博士学位论文 引起晶格常数的很大变化，适合用来制备z n l x m g 。o z n o 异质结、多量子阱和超 晶格结构，为研制z n o 基光电器件做好准备，因而，成为我们选择研究的方向之 一。而当0 3 7 x o 6 2 时，z n l x m g 。o 合金处于相过渡区，六方相和立方相共存1 0 9 1 。 z n l x m 0 三元合金晶格随m g 含量的变化如图1 6 所示。 e 隗n 蛔t i o fm 扣( m 胡獬 图1 7 常压条件fz n o m g o 系统的热力学相图 虽然根据常压条件下z n o m g o 系统的热力学相图7 】( 如图1 7 所示) ，要 保持z n o 的六方纤锌矿结构不变，通过计算得到m g o 在z n o 系统中的热力学 固溶度将会低于4m 0 1 。但是，在偏离热平衡的状态下，这一固溶度将会得到 提高，并且偏离热平衡状态的程度越大，m 9 0 在z n 0 中的固溶度越高。所以， 可以利用非平衡制膜技术制备突破固溶度极限的合金薄膜。人们在实验结果中也 证明了m g 在z n o 中的固溶度远大于4 。首先是在1 9 9 8 年，a o h t o m o 等 1 0 5 1 首次报道了用p l d 方法在蓝宝石( a 1 2 0 3 ) 衬底上生长z n l 。m o 合金薄膜，x r d 分析结果表明单一相的x 值可以高达3 3 。合金的禁带宽度e 。随着x 值的增大 而变宽，最大值为3 8 7e v 。2 0 0 1 年，w i p a r k 等人【1 0 6 】利用m o v p e 技术制备 的z n l 。m g 。o 合金薄膜，m g 的含量上升到o 4 9 ，此时的e g 达到了4 0 5e v 。2 0 0 3 年，t t a k a g i 等【1 18 】采用带射频氧源的m b e 技术，在a 1 2 0 3 上先生长一层z n o 缓冲层，然后再沉积z n l 。m g x o 合金，结果m g 的含量再次被提高，x = o 5 1 ，e g 一4 5 e v 。2 0 0 5 年，h 1 a n a k a 等【1 19 】也用m b e 技术，采用准合金法，在a 1 2 0 3 ( 1 1 2 0 ) 面 上生长m g o z n o 超晶格准三元合金，通过改变z n o 的厚度来调节m g 。z n l x o 准 三元合金的禁带宽度，e g 的最大值为4 6 5e v ，比单层的m g 。z n l 。o 三元合金的 浙江大学博士学位论文 的禁带宽度大。 国内一些课题组也已开始了z n l x m 歇o 合金薄膜的研究。南京大学物理系的 刘伟等【1 2 0 1 利用低压金属有机物化学气相沉积技术，采用两步生长法，在蓝宝石 ( 0 0 0 1 ) 面上制得了z n l x m o 合金薄膜。发现退火可以改善薄膜的结构和光学 性能，光致发光谱中出现明显的带边发射。 中科院的吴春霞等【1 2 1 】采用等离子辅助分子束外延技术，在蓝宝石( o 0 0 1 ) 平面上外延生长出z n l 。m g 。o 的单晶薄膜，发现随m g 浓度增加，合金薄膜样品 的发光峰均向高能侧移动，并将这种发光归结为束缚激子的复合。 浙江大学邱东江等【1 1 4 5 】采用电子束反应蒸发技术，在单晶s i 和单晶白宝石 衬底上分别低温生长了高质量的具有类m 9 0 晶体结构的立方m 甑z n l 。o ( c - m 戥z n l 。o ) 薄膜和具有类z n o 结构的六方m z n l x o ( 办一m g 。z n l x o ) 薄膜。 通过对m 歇z n l x o 薄膜的晶体微结构、组分及其深度分布的测量，分别研究了 办- m g 。z n l x o 和c m g 。z n l 。o 薄膜的形成机理。采用光致荧光谱和紫外一可见透射 光谱分析了c m 歇z n l x 0 薄膜的光学带隙与薄膜中m g 组分之间的关系。 本课题组自2 0 0 1 起开始研究在s i 衬底上生长z n l 。m o 薄膜。在不匹配衬 底s i ( 1 0 0 ) 上能够生长出晶体质量良好、且完全c 轴取向的z n l x m o 薄膜， 并探讨了生长温度及m g 含量对z n l 。m 歇o 薄膜晶体质量和光学性能的影响【1 0 7 1 2 2 1 2 3 1 o 这些结果从实验角度上证明，通过m g 的掺入增大了z n o 的禁带宽度，因 此z n l x m 歇o 合金适合作z n l x m g 。o z n o 多量子阱的势垒层。 1 4 2z n l x m g x o 薄膜的光电特性 六方纤锌矿结构的z n l 。m 敫0 也是直接带隙半导体，其光学带宽大于纯z n o ， 用能量大于其光学带隙e 。的光子照射z n o 薄膜时，薄膜中的电子吸收光子后从价 带跃迁到导带，产生强烈的光吸收，而能量小于带隙的光子大部分被透过，产生 明显的吸收边。由于其具有高达6 0m e v 的激子束缚能，如此高的束缚能使得它 在室温下不易被热激发( 室温下的分子热运动能为2 6m e v ) ，从而降低了室温下 的激射阈值，提高了材料的激发发射效率，因此具有良好的光学特性。 a k s h a 咖a 等【1 2 4 】通过实验发现尽管z n l x m g x o 薄膜有合金展宽作用，但是 仍然可以在室温下观察到激子吸收特征，激子束缚能约6 0m e v 。并且室温下光 致发光谱可观察