等离子体增强分子束外延生长ZnO薄膜及光电特性的研究

摘要

利用等离子体辅助分子束外延设备(P-MBE)在蓝宝石(Al_2O_3)衬底上外延生长ZnO薄膜,研究了不同生长温度对结晶质量的影响。随着生长温度的升高,X射线摇摆曲线(XRC)半高宽从0.88°变窄至0.29°,从原子力显微镜(AFM)图像中发现薄膜中晶粒从20nm左右增大至200nm,室温光致发光(PL)谱中显示了一个近带边的紫外光发射(UVE)和一个与深中心有关的可见光发射。随着生长温度升高,可见光发射逐渐变弱,薄膜的室温载流子浓度由1.06×10^(19)/cm^3减少到7.66×10^(16)/cm^3,表明在高温下生长的薄膜中锌氧化学计量比趋于平衡,高质量的ZnO薄膜被获得。通过测量变温光谱,证实所有样品在室温下PL谱中紫外发光都来自于自由激子发射;随着生长温度的变化UVE峰位蓝移与晶粒尺寸不同引起的量子限域效应相关。