1　绪论

从第一只发光二极管的出现，到现今大规模集成电路的突飞猛进，半导体技术一直是推动人类社会高速发展的重要生产力。21世纪将是信息技术的时代，信息的探测、传输、计算、存储以及显示越来越多地依赖于光电子学和具体光电效应的半导体材料。作为当前高科技的核心，半导体材料的研究和发展是推动信息技术高速发展的根本动力，新型半导体材料的研究也迅速地成为了人们关注的热点。

20世纪50年代，以Si、Ge为代表的第一代半导体材料促成了以集成电路为核心的信息技术的快速发展，但是第一代半导体材料普遍所具有的带隙窄、迁移率、击穿电压低等缺陷，使得这些材料在光电子领域的应用受到极大的限制［1］。而紧接着以GaAs、GaP、InP、InAs、AlAs等为代表的第二代半导体材料应运而生，这些材料在光电子领域、红外激光器、以高亮度红外二极管方面的大规模应用，使得它们在光信息处理以及光通信领域有着不可磨灭的作用，并使得VCD、DVD以及多媒体技术迅速发展成熟。与此同时，第二代半导体材料对真空技术也有着更高的要求，促使超高真空下分子束外延半导体工艺取得长足发展。然而第二代半导体材料仍然不能满足现代技术对高频大功率以及短波长器件方面的要求。所以，以GaN、ZnO、SiC为代表的第三代半导体材料（也称为宽禁带半导体材料）逐渐兴起，激光二极管以及高亮度蓝光发光二极管（UV-LED）的成功研制，也将第三代半导体材料的优势体现出来，也标志着其成为当今所研究的热点。第三代半导体材料在高频大功率器件、耐高温器件以及短波长光电器件上具有第一代和第二代半导体材料所无法比拟的优势。其中GaN由于其较高带隙（3.4eV）、耐高温、难退化等优点，在光电器件上得到了广泛应用，例如基于GaN的LED已经进入商业应用的阶段［2-4］。但是，由于受激发射的阈值较高、室温激子束缚能低等缺陷，使得GaN的应用受到了一定的阻碍。SiC具有较高的热导率（是蓝宝石的20倍），所以在对散热有极高要求的高频大功率以及高温器件应用中，SiC受到较高的重视，但是SiC由于其生长过程中的晶相较多，单晶生长的难以控制性，使得其制作成本高，商业应用受到极大的限制［5］。

ZnO虽然被认为是新型的半导体材料，但是早在20世纪30年代就有关于ZnO的研究，但是由于P型掺杂难以实现，使得ZnO的研究一度进入低潮。直到90年代中后期，ZnO的紫外受激发射被发现后，人们看到了其在紫外发光二极管（UV-LED）、透明电极、太阳电池窗口材料、紫外探测器激光器（LD）及光波导器件等领域的应用前景，使得ZnO再次成为研究热点［6］。ZnO（3.37eV）除了具有与GaN相似的晶体结构和光电性能，还具有更高的激子束缚能（60meV）［7］。

基于ZnO的种种优越的性能，其在众多领域都有着很好的应用前景，例如发光二极管、激光二极管、半导体自旋电子器件、透明导电薄膜（TCO）等。尤其是在透明导电薄膜领域，ZnO在可见光波段有着很高的透过率，并具有极高的电导率（与ITO薄膜非常接近），而且ZnO原材料丰富，能极大地降低器件成本，所以被认为是ITO薄膜的最佳替代材料［8-9］。

本文主要是基于ZnO这一新型光电材料的主要特性，制备出了掺铝ZnO（AZO）薄膜，并对工艺参数进行优化并制备具有绒面结构的AZO薄膜，对工艺参数对带隙的影响进行了研究，最终将制备的AZO薄膜应用到薄膜太阳能电池中，研究其对电池性能的影响。