Ti缓冲层及退火处理对Si_111_基片上生长的ZnO薄膜结构和发光特性的影响.pdf

第 58 卷 第 8 期 2009 年 8 月 物 　理 　学 　报 Vol . 58 ,No . 8 ,August ,2009 ( ) 10003290200958 08 573608 ACTA PHYSICA SINICA 2009 Chin . Phys. Soc . Ti 缓冲层及退火处理对 Si( 111) 基片上生长的 ZnO 薄膜结构和发光特性的影响 魏 　玮 　刘 　明　曲盛薇 　张庆瑜 (大连理工大学三束材料改性国家重点实验室 ,大连 　116024) (2008 年 11 月 13 日收到 ;2009 年 1 月 13 日收到修改稿) ( ) 　　采用反应磁控溅射法在 Si 111 基片上制备了带有 Ti 缓冲层的高 c 轴取向 ZnO 薄膜. 通过 X 射线衍射分析和 光致荧光光谱测量 ,研究了Ti 缓冲层厚度和退火处理对 ZnO 薄膜结晶质量和光致荧光特性的影响. 研究结果表明 , Ti 缓冲层的引入可以有效改善 Si 基片上 ZnO 薄膜的发光性能 ,但缓冲层存在一个最佳的厚度. 薄膜应力是影响 ZnO 薄膜紫外荧光发射性能的重要因素 ,较小的残余应力对 ZnO 薄膜的紫外荧光发射是有利的 ,残余应力的存在 可以改变 ZnO 薄膜紫外荧光发射能量. 随着退火温度的增加 ,薄膜中的张应力增大 ,导致带隙宽度减小以及激子复 合跃迁峰逐渐向低能方向移动. 关键词 : ZnO 薄膜 , 缓冲层 , 退火处理 , 应力分析 PACC : 7360F , 7280E , 7855E 温生长的 ZnO[7 ,8 ] ,MgO[9 ] 和 GaN [ 10 ] 等作为缓冲层 , 1 引 言 以达到改善薄膜沉积质量的 目的. Ti 属于六角晶 系 ,与 ZnO 的晶格失配度为 10 % , 小于 Si ( 111) 与 ZnO 是 Ⅱ—Ⅵ族宽禁带半导体材料 ,具有纤锌 ( ) ZnO 之间的晶格失配 ,具备作为 Si 111 与 ZnO 薄膜 矿晶体结构 ,室温下禁带宽度为 337 eV ,激子束缚 之间缓冲层的条件. 最近 ,Li 等[ 11] 报道了利用金属 能为 60 meV ,可以实现室温下的紫外受激辐射. ZnO 有机物化学气相沉积方法在 Si ( 111) 基片上生长 具有优异的光学 、电学及压电性能 ,在发光二极管 、 ZnO 薄膜的研究结果 ,发现采用 Ti 作为缓冲层可以 光探测器 、透明导电、平面显示等众多领域有着广泛 有效改善 ZnO 薄膜的结晶质量 ,但文献[ 11 ] 并未探 的应用[ 1 ,2 ] . 近年来 ,市场对于紫外光短波长发光器 讨 Ti 缓冲层厚度对于薄膜结晶质量的影响. 件和激光器大量需求 , 又重新掀起了 ZnO 研究的 尽管 Ti 缓冲层对薄膜结晶质量有一定的改善 热潮. 作用 ,但是还是难以满足光电器件的要求 ,而退火可