蓝宝石衬底ZnO薄膜的发光特性

摘要：室温下测量了以蓝宝石为衬底的ZnO薄膜的吸收光谱以及发光光谱，通过光谱来了解样品的结晶状态和发光特性。

关键词：ZnO薄膜；吸收光谱；发光光谱；发光特性

中图分类号：O484文献标识码：A文章编号：1671—1580（2013）11—0153—02

1 引言

ZnO是一种结构为六方晶体结构的半导体材料，具有光电特性和压电特性。常温下它的禁带宽度为3.37eV，是比较典型的直接带隙宽禁带的半导体材料，激子结合能达到60meV之高，具备了室温下紫外发光的必要条件[1]。此外，ZnO的导电性能比较高，化学稳定性也很好，材料来源亦非常的丰富，非常适合制造紫外光电子器件。

2 实验结果与讨论

利用激光光谱技术对样品的发光特性进行了研究，该样品的淬火温度为700oC。

2.1吸收谱

2.2 荧光发射谱

图2是激发波长为355nm时记录的样品的荧光光谱，中心峰出现在396nm附近，属于紫外发光峰。光谱中的355nm和532nm的两个尖峰为散射的激光信号。从光谱中可以看到，我们的样品除了这一紫外发射外，是没有其他的深能级的发射的。结合吸收光谱和荧光发射谱，发现该样品紫外的吸收和紫外的发射都是比较强的。这些都说明，在我们的样品中代表深能级发射的缺陷是比较少的，薄膜的质量和结晶状态都是不错的，发光性能方面也有了较大的改善和提高。

室温下，在五种不同的激发光强度下我们测量了ZnO薄膜的荧光发射谱，实验数据如表1，紫外发光峰强度与激发光强度关系如图3所示。实验表明，紫外发光峰的中心波长并不随着激发光强度的改变而改变，而是始终保持固定不变的，但是紫外发光峰的强度却是随着激发光强度的增加呈线性增加的，这说明该紫外发光峰来源于带边自由激子辐射复合。

2.4 激发光谱

为了解该样品光致发光的激发情况，我们测量了该样品的激发光谱。监测波长选择为466nm，实验结果显示其有效激发峰波长位于370nm左右，由此看出激发光谱和吸收光谱是吻合的。如图4所示。

2.5拉曼光谱

为了解样品的结晶特性，室温下我们测量了该样品的拉曼光谱，如图5所示。从光谱中可以看出该样品的特征拉曼峰出现在431cm-1处，由于该峰位向低频处发生了移动，从而说明在此ZnO薄膜中存在着拉伸应力。图中还有其他峰存在，这些峰都是由衬底引起的。

3结论

室温下， ZnO薄膜在374nm附近有较强的吸收峰，为紫外吸收，而荧光发射谱也显示其紫外发射也是比较强的，并且没有其他的深能级的发射，同时还观察到了样品的特征拉曼峰，这些都说明我们样品的质量是较好的。总之，ZnO薄膜的特性值得进一步研究，相信随着研究的深入，ZnO薄膜的应用会越来越广泛。

[参考文献]

[1]Klingshim C. The luminescence of ZnO under high one- and two-quantum excitation[J].Phys.Stat. Sol.B，1975（02）.

[2]张德恒，王卿璞，薛忠营.不同衬底上的ZnO薄膜紫外光致发光[J].物理学报，2003（06）.

[3]T.Minami，H.Nato，S.Takata.UV emission from sputtered zinc oxide thin films[J].Thin Solid Film，1983（04）.

[4]边超，姚宁，张兰等.ZnO薄膜发光特性的研究进展[J].真空与低温，2003（02）.