PDF《及其性能研究*》

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057802 别作为源材料, 将Zn 粉和 Sb2O3 粉末充分混合后 放入石英舟上, 然后放入管式炉的中央. 生长过程 中用机械泵将生长室内的压力控制在

10 Pa 左右, 高纯氩气作为载气, 流量控制在

200 sccm, 生长过 程中氧气流量控制在

60 sccm;

生长温度控制在

67 ?C, 生长

30 min. 此外, 我们对制备出来的样品在

800 ?C 氧气氛下进行了退火处理以改善薄膜特性. 2.2 p-ZnO/n-Si 异质结的制备 为了制备 p-ZnO 薄膜/n-Si 异质结发光器件, 我 们采用低阻 Si (111) 作为衬底, 用CVD 法在衬底上 生长一层 p 型ZnO 薄膜. p-ZnO 薄膜利用 Au-Ni 材 料作为上电极, n-Si 利用 Al 作为背电极, 所构造的 ZnO 异质结发光器件的结构示意图如图

1 所示. 图1p-ZnO 薄膜/n-Si 异质结发光器件的结构示意图 采用场发射扫描电子显微镜 (FE-SEM) 对样品 的表面形貌进行了表征. 样品的晶体结构采用 X 射 线衍射仪 (XRD) (Rigaku D/MAXPSPC MDG 2000, Cu Kα, λ = 0.154 nm) 来测定. 样品的光致发光谱 (PL) 采用 He-Cd 激光器 (325 nm) 作为激发光源进 行测量. 采用 Accent HL5800 型Hall 参数测试仪对 制备出来的 ZnO 薄膜进行了电学性质的测试. 此外, 利用 DF4810 型晶体管特性图示仪及 KEITH- LEY4200 电流-电压 (I-V) 特性测试系统测试器件 的I-V 特性. 利用 Jobin Yvon HR320 型光谱仪来测 试器件的电致发光光谱.

3 结果与讨论 图2是采用 CVD 方法制备 Sb 掺杂 ZnO 样品 的表面形貌, (a) 图是未退火, (b) 图是退火后的表面 照片, 从图中可以清晰的看出样品的表面比较平滑, 而且样品表面是由较大的块状单晶组成的膜状结 构, 单晶的尺寸, 密度分布比较均匀, 这说明采用简 单的 CVD 方法可以制备出表面较好的薄膜结构. 此外, 发现退火后样品的晶块尺寸明显变大, 并且 晶界也变得不明显, 这主要是由于在退火过程中高 温使原子的热运动加剧, 原子有足够的能量移动到 自己的晶格点上, 从而降低了材料的表面能和内能, 而内能和表面能的降低必然要求晶格重组和小晶 粒的结合, 因此退火促成了晶粒的长大 [11]. 通常利 用CVD 方法制备的 ZnO 多为纳米结构, 而在我们 的实验中, 采用 Sb 掺杂后, 样品为薄膜结构. 我们 认为这主要与样品的生长条件有关, 除此之外还和 Sb 的表面活性剂性质有关, Sb 在ZnO 的生长过程 中除了会掺入薄膜中, 还会促进晶粒的横向生长及 合并, 从而促进了薄膜结构的形成 [12]. 图2Sb 掺杂 ZnO 样品的表面形貌 (a) 未退火;

(b) 退火 057802-2 物理学报Acta Phys. Sin. Vol. 62, No.

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057802 为了研究样品的晶体结构, 我们利用 XRD 分 别对未退火 Sb 掺杂的薄膜和退火后的薄膜进行了 晶体结构的分析, 如图

3 所示. 从图中可以观察到, 对于未退火的样品, XRD 谱中出现了 ZnO 六角纤 锌矿结构 (002), (101), (102) 和(103) 四个衍射峰. 而退火后的薄膜只出现了位于 34.52? 的ZnO (002) 单一取向的衍射峰, 这表明退火后 ZnO 薄膜的晶体 质量得到明显改善, 这是由于原子获得能量迁移到 正常格点位置, 使薄膜中的缺陷减少, 应力得到释 放, 从而使薄膜的晶体质量得到提高, 与前面 SEM 的结果是一致的. 采用 Hall 参数测试仪对同炉生长在半绝缘 Si 衬底和在相同退火温度的 Sb 掺杂 ZnO 样品进行了 电学性质的测试, 测量结果如表