氧化锌是继GaN后的一种自激活Ⅱ一Ⅵ族直接型宽禁带(3.37eV)半导体，激子结合能高达60meV(GaN：21meV)，产生受激发射的波长比GaN的更短，是蓝、紫外和白光器件的理想材料，ZnO生长温度低，安全环保，来源丰富，价格便宜，具有优异的光电、压电、电声和气敏等性能以及高化学与力学稳定性，且可与硅平面工艺相容，易于光电集成，因此在短波光探测器、发光二极管、激光器、太阳电池和液晶显示器等光电子、半导体照明、通信、汽车、环保、能源、医检、光谱学、军事等领域将有重要应用，成为当今研究热点。 本论文应用磁控溅射技术，采用Si衬底表面处理法、磷扩散法、氧缺位法等方法，在单晶Si片上制备出高质量(002)晶面取向的n型、p型氧化锌薄膜，溅射Al欧姆接触电极，研制出ZnO基异质结、同质结光电器件，并研究其相关机理和光电特性。 1、在Si片上制备出高质量n型氧化锌薄膜 实验发现，衬底温度、溅射功率及气体比例显著影响薄膜的晶体结构、表面形貌和光学性质。本论文采用溅射功率为100W，Ar：O2：N2=5：4：1时，制备的ZnO薄膜呈六角纤锌矿结构、高(002)面取向生长，X射线衍射(XRD)峰在34.24°，半高宽为0.19°，晶格较完善，晶粒较均匀，375nm附近的吸收边较陡峭，该处对应的带隙光致发光(PL)峰较强。 研究发现，对Si衬底实施离子束表面氮化处理，可有效减少ZnO与Si之间的界面缺陷。在离子束氮化过的Si片上生长的ZnO薄膜的(002)面衍射峰半高宽减小。此外，合适的同质缓冲层也能有效减少ZnO与Si之间的晶格失配和热膨胀系数不同引起的晶格畸变。我们在Si上200℃溅射适当厚度的ZnO同质缓冲层，再以450℃溅射ZnO主层，发现主层ZnO的晶体结构和表面形貌均有较明显的改善。 2、采用磷扩散法在Si片上研制p型氧化锌薄膜 由于ZnO有高度自补偿作用，p型掺杂使马德隆能升高而p型杂质固容度降低，ZnO从本征n型向p型转变的难度很大。 本论文在高掺磷n型Si(001)衬底上450℃溅射沉积ZnO薄膜，在沉积和后退火过程中，磷向ZnO薄膜扩散并被激活，使ZnO薄膜由n型转化为p型。所得薄膜高(002)面取向，XRD半高宽为0.48°，霍耳测试其空穴浓度为1.78×1018／cm3量级，X射线光电子能谱(XPS)测试薄膜组分表明，磷的含量达0.48％，可估算原子密度达1018／cm3量级，n+-Si与p-ZnO构成的异质结的Ⅰ-Ⅴ整流特性显著，正向开启电压约为1V，这些均显示磷已成功掺进薄膜中，制备的p—ZnO薄膜晶体质量优良而且达到p-n结器件的要求。实验还发现，衬底温度、Si掺磷浓度、后退火工艺均极大地影响ZnO的p型转变、微结构和内部磷杂质分凝。 3、研制ZnO薄膜光电器件 在上述所得的p-ZnO薄膜上沉积n-ZnO薄膜，再在Si背面和p、n区溅射Al欧姆接触电极，研制出Al／n-ZnO／p-ZnO／n+-Si／Al多层结构的ZnO基同质和异质p-n结，研究溅射工艺和后退火工艺对ZnO层中的载流子浓度、迁移率和薄膜质量的影响，研究各层厚度、化学组分及其分布、微观结构与p-n结光电特性之间的有机联系。 为增强紫外和紫蓝波段的光响应，本论文采用氧缺位法，在p型Si上沉积具有氧缺位Vo的n-ZnO薄膜，形成n-ZnO／p—Si异质结，再设计掩模并溅射Al梳状欧姆接触电极，利用ZnO带隙、氧缺位能级、Si带隙等多种机制，研制出n-ZnO／p-Si增强型广谱光探测器，结构简单实用，探测器在5V反向偏压下(310～800nm)的光响应度高达0.75～1.38A／W。