MBE生长ZnO薄膜的结构和光学特性的研究.pdfVIP

第28卷，第2期 光谱学与光谱分析 V01．28，No．2，pp253—255 2 00 and 8年2月 SpectroscopySpectralAnalysis February，2008 MBE生长ZnO薄膜的结构和光学特性的研究 蓝镇立1，张希清1，杨广武2，孙建1，刘凤娟1， 黄海琴1，张 蕊3，殷鹏刚3，郭 林3，宋宇晨4 L北京交通大学光电子技术研究所，发光与光信息技术教育部重点实验室，北京100044 2．天津工业大学理学院，天津300160 3．北京航空航天大学材料科学与工程学院，北京100083 4．丽水学院理学院，浙江丽水323000 摘要用等离子体源辅助分子束外延(P-MBE)方法在蓝宝石(0001)面上生长出了高质量的ZnO薄膜，并 对其结构和发光特性进行了研究。在XRD中只观察到ZnO薄膜的(0002)衍射峰，其半高宽(FWHM)值为 152 0．18。；而在共振Raman散射光谱中观测到liD(579EITI-1)和2LO(1 crIl-1)两个峰位，这些结果表明 ZnO薄膜具有单一c轴取向和高质量的纤维锌矿晶体结构。在吸收光谱中观测到自由激子吸收和激子一LO 声子吸收峰，这表明在ZnO薄膜中激子稳定的存在于室温，并且两峰之间能量间隔为71．2meV，与文献上 报道的ZnO纵向光学声子能量(71meV)相符。室温下在光致发光光谱(PL)中仅观测到位于376砌处的自 由激子发光峰，而没有观测到与缺陷相关的深能级发射峰，表明ZnO薄膜具有较高的质量和低的缺陷密度。 关键词Zrl0薄膜；P-MBE,光致发光；Rarnan散射 中图分类号：0433．4文献标识码：A ．文章编号：1000-0593(2008)02—0253-03 和探测器等光电子器件，进一步改善薄膜的质量和了解薄膜 引 言 的结构和光学性质是非常重要的。本文用等离子体辅助分子 近年来，随着光电子技术的发展，宽禁带半导体材料的 较高质量的ZnO单晶薄膜。用吸收光谱和PL光谱研究了 短波长发光器件正受到越来越多的关注和研究。起初的研究 主要集中在ZnSe基Ⅱ一Ⅵ族半导体，其带宽是2．82eUl]。 进行了研究。 后来研究热点又转到了GaN基材料上[2]，在这两种系列材 料上都做出了发光二极管，并实现了室温连续发光。目前 1实验 GaN生长技术已经比较成熟并实现了商品化。这些成就激发 了人们探索其他短波长材料的热情。Zrl0是直接带隙半导 用P-MBE方法在～2 膜。先在衬底上低温生长一层ZnO缓冲层，高温退火后，再 体，室温禁带宽度为3．37eV3J]。ZnO和GaN同为六角纤 在缓冲层上进行Zn0薄膜生长。生长所用的原材料Zn的纯 锌矿结构，有相近的晶格常数和禁带宽度，特别是由于ZnO 度为99．9999％，高纯氧为99．999％，射频等离子体功率为 具有较高的激子结合能(约60meV)，它比室温热离化能(26 300 W。PL光谱和共振Raman散射光谱所用的激发光源为 meV)大得多，理论上和实验都证实了ZnO在室温甚至更高 nln激光。