SiC缓冲层对Si表面生长的ZnO薄膜结构和光电性能的改善-发光学报.PDF

第３０卷　第６期 发　光　学　报 Ｖｏｌ３０ Ｎｏ６ ２００９年１２月 ＣＨＩＮＥＳＥＪＯＵＲＮＡＬＯＦＬＵＭＩＮＥＳＣＥＮＣＥ Ｄｅｃ．，２００９ 文章编号：１０００７０３２（２００９）０６０８０７０５ ＳｉＣ缓冲层对 Ｓｉ表面生长的 ＺｎＯ薄膜结构和光电性能的改善 １ １ ２ ３ １ １ ２ 康朝阳 ，赵朝阳 ，刘峥嵘 ，孙　柏 ，唐　军 ，徐彭寿 ，谢家纯 （１．中国科学技术大学 国家同步辐射实验室，安徽 合肥　２３００２９； （２．中国科学技术大学 物理系，安徽 合肥　２３００２６；　３．中国科学院合肥智能机械研究所，安徽 合肥　２３００３１） 摘要：用脉冲激光沉积（ＰＬＤ）技术制备了ＺｎＯ／ＳｉＣ／Ｓｉ和ＺｎＯ／Ｓｉ薄膜并制成了紫外探测器。利用Ｘ射线衍 射（ＸＲＤ），光致发光（ＰＬ）谱，ＩＶ曲线和光电响应谱对薄膜的结构和光电性能进行了研究。实验结果表明： ＳｉＣ缓冲层改善了ＺｎＯ薄膜的结晶质量和光电性能，其原因可能是ＳｉＣ作为柔性衬底能够减少ＺｎＯ与Ｓｉ之间 大的晶格失配和热失配导致的界面缺陷和界面态。 关　键　词：ＺｎＯ薄膜；Ｓｉ（１１１）衬底；ＳｉＣ缓冲层；光电性能 中图分类号：Ｏ４７２；Ｏ４８２．３１　　　ＰＡＣＳ：７８．５５．Ｅｔ；７８．６６．Ｈｆ　　　ＰＡＣＣ：７８５５；７８６５Ｋ　　　文献标识码：Ａ 术制备ＺｎＯ薄膜的报道并不多见。 １　引　　言 鉴于ＳｉＣ作为一种宽禁带半导体材料，具有 ＺｎＯ是  族直接带隙宽禁带化合物半导 高热导率、高击穿场强，对紫外辐射敏感等优点， ⅡⅥ 体材料，室温下禁带宽度约为３．３７ｅＶ，激子结合 如果用ＳｉＣ作为缓冲层，一方面可以缓解ＺｎＯ与 能高达６０ｍｅＶ，具有优异的光学和电学特性，并 Ｓｉ衬底之间由于晶格失配和热膨胀系数失配所 且原料易得，价廉，无污染，极有可能实现紫外探 产生的应力，另一方面它本身也具有紫外响应特 测器，蓝紫光发光二极管（ＬＥＤ）和激光二极管 性，从而能够提高器件的效率。本文尝试利用 （ＬＤ）等光电子器件［１～６］。 ＰＬＤ方法生长ＺｎＯ薄膜时，首先在Ｓｉ衬底上生长 要得到高质量的ＺｎＯ薄膜，衬底的选择非常 一层非晶ＳｉＣ缓冲层作为柔性衬底，利用ＸＲＤ和 重要。考虑到目前主要的光电集成器件都是在Ｓｉ ＰＬ谱研究了它对ＺｎＯ薄膜结构和发光性能的影 衬底上实现的，兼之Ｓｉ衬底工艺成熟、价格低廉， 响，并结合微电子工艺制成了紫外探测器，分析了 所以，在Ｓｉ衬底上采用与现有大规模集成电路工 ＳｉＣ缓冲层对器件光电性能的影响。 艺相兼容的方式制作出光电器件，具有重要意 ［７～１０］ ２　实　　验 义 。然而，由于ＺｎＯ外延膜和 Ｓｉ衬底之间 大的晶格失配（４０．１％之多）必然带来界面晶格 样品是利用本实验室的ＰＬＤ设备制作的。 缺陷并形成较多的界面态，从而极大地影响了Ｓｉ 采用波长为２４８ｎｍ的ＫｒＦ激光，以４５°角入射到 基ＺｎＯ薄膜材料和器件的质量。 靶上，靶和衬底的距离约为５ｃｍ。所用的ＺｎＯ靶 为了在Ｓｉ衬底上获得高质量的ＺｎＯ薄膜，人 的直径为１英寸（２．５４ｃｍ），该靶由纯度为９９．９９％ 们探索了多种外延生长技术，如横向外延技术、缓 的ＺｎＯ粉末压制烧结而成；生长ＳｉＣ所用靶材为 冲层技术和柔性衬底技术等。已报道利用多孔