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氧化锌是直接带隙II一Ⅵ族宽禁带半导体材料,在很多领域都有极为广泛的应用前景。最近几年氧化锌薄膜的发光特性尤其引起人们的关注,1996年,Yu和Tang等人首次报道…纳米结构氧化锌薄膜中的紫外受激发射(入=378nm),利用激子在纳米结构中的量子尺寸效应,在室温下成功地观察到氧化锌薄膜中的紫外受激发射;自1997年以来,BagnallDM等人分别报道了氧化锌薄膜和氧化锌多层膜的紫外受激发射[2,3]。1999年lO月在美国召开了首届ZnO专题国际研讨会,并在学术界掀起了ZnO薄膜的研究热潮。
氧化锌薄膜的受激发射一直是研究的热点,因为同步辐射光源的高亮度,高偏振性,高准直及高洁净,可以得到连续可调的单色光,因此对于研究发光材料的光发射和激发是比较理想的光源。
本论文的工作是利用同步辐射方法研究纳米氧化锌薄膜的发光和激发情况,氧化锌薄膜样品是利用国产分子束外延设备制备的。衬底分别采用硅(100)或蓝宝石(0001),生长时通过改变生长温度,也就是改变生长时衬底的温度;改变锌束源炉温度,就是改变锌蒸气的分压;改变氧气的分压;改变生长时间以及进行退火处理,研究不同的条件制备得到的氧化锌薄膜样品的光学特性。改变生长温度,可以影响沉积到衬底表面的原子或者分子的结合情况,同样,改变锌蒸气和氧气的分压可以影响生成氧化锌的化学剂量比。
我们得到的氧化锌薄膜的VUV光谱是在合肥国家同步辐射实验室U10B线站完成的,对于我们的光谱测量来说,同步辐射的优点是可以改变激发波长.在18-300K测量了氧化锌薄膜样品的发射光谱、激发光谱,根据我们的结果,硅衬底上生长得到的氧化锌薄膜样品在330nm处有一个较强的发光峰,同时在430nm处也有一个比较强的发光峰,而在370nm左右有一个比较弱的发光峰。330nm发射峰的能量大于氧化锌的禁带宽度,排除了激子复合的可能。而温度效应和量子尺寸效应都不能使氧化锌薄膜的发光产生这么大的蓝移。根据分析,认为在制备的纳米氧化锌薄膜样品中,其导带中存在一个次能级,电子从这个次能级直接跃迁到价带顶,发出能量比禁带大的多的光子。同时在430nm处还得到一个很强的光发射,根据样品生长过程中的退火情况比较,认为峰值位于430nm的宽带光发射是由于氧化锌薄膜中氧空位造成的。而在370nm处的发光峰,根据其发光能量,应该是由于激子复合造成的。同时根据氧化锌纳米薄膜在不同温度下发光强度的对比,随着温度的升高,发光强度逐渐减弱,当温度达到140K时基本上看不到发光了。