衬底温度对ZnO薄膜的结构和光学特性的影响

衬底温度对 ZnO薄膜的结构和光学特性的影响

宿世臣1,3,吕有明2,张吉英3,申德振3

【摘 要】摘要:利用等离子体辅助分子束外延（P-MBE）设备在蓝宝石衬底上通过改变生长温度,制备了不同的 ZnO样品。研究了衬底温度对 ZnO的结构、光学和电学性质的影响。样品的晶体结构利用 X射线衍射谱进行表征。X射线衍射谱表明,所有的 ZnO样品都是 （002）取向的六角纤锌矿结构。随着生长温度的升高,X射线的（002）衍射峰的半峰全宽逐渐减小。样品的表面形貌随着衬底的温度改变而变化,在 800℃得知了平整的ZnO表面。通过光致发光的实验得知,ZnO的紫外发光随着生长温度的升高,强度逐渐增强。光致发光的来源为 ZnO的自由激子发光。在生长温度为 800℃时,得到了高质量的 ZnO单晶薄膜,X射线衍射峰的最大半峰全宽为 0.05°,霍尔迁移率为 51 cm2/（V·s）,载流子浓度为 1.8×1018cm-3。 【期刊名称】发光学报 【年(卷),期】2011(032)007 【总页数】4

【关键词】关 键 词:氧化锌;等离子体辅助分子束外延;光致发光

1 引 言

ZnO作为一种宽禁带半导体材料,最大的用途在于短波长半导体激光,可作为白光LED的基础材料。ZnO有很高的激子结合能 （60 meV）[1],远高于其他宽禁带半导体材料,如 GaN的为 25 meV,也高于室温的热能 （26 meV）,ZnO激子在室温下是稳定的,可以实现室温或更高温度下的激子受激紫外辐射发光。即使在室温下,激子仍在其光学性质中占主导地位,确保了在室温下较高的紫外光发