氧化处理的蓝宝石基片上沉积的ZnO/MgO多量子阱的结构及光学性质研究

采用射频反应磁控溅射的方法,在经过氧化处理的Al2O3(0001)基片上制备了具有良好调制结构的ZnO/MgO多层膜量子阱.利用X射线反射率测量、X射线衍射分析、电子探针显微分析、原子力显微镜、透射光谱以及光致发光光谱等表征技术,研究了ZnO/MgO多量子阱的结构、表面形貌和光致发光等特性.XRD以及扫描的结果表明多层膜样品具有高c轴择优取向并且与蓝宝石基片有良好的外延关系.通过X射线反射率测量的结果得到多量子阱的调制周期,结合电子探针测得的Zn/Mg原子比求出了阱层的宽度在8·38nm至21·78nm之间.原子力显微镜测量结果表明样品的表面均方根粗糙随调制周期的减小而从6·4nm增加到21·2nm.低温光致发光光谱显示紫外发光峰对应于束缚激子的辐射复合,拟合给出激子激活能约30meV,并且在阱宽较小的样品中观测到了量子限域的斯塔克效应对应的发光峰.

氧分压对Mg掺杂ZnO薄膜结晶质量和光学特性的影响

利用脉冲激光沉积技术,通过改变沉积过程中的氧气压力,在蓝宝石(0001)基片上制备了一系列ZnMgO合金.通过X射线衍射、反射和透射光谱以及室温和变温荧光光谱,对薄膜的结构和光学性能进行了系统地表征,分析了工作气压对ZnMgO合金薄膜的结晶质量及光学特性的影响.研究结果表明:随着沉积环境中氧气压力的增大,ZnMgO薄膜的结晶质量下降,富氧环境下,与蓝宝石晶格平行的ZnO晶粒的出现是导致薄膜结晶质量下降的主要原因;相对于本征ZnO,不同氧气环境下沉积的ZnMgO薄膜的紫外荧光峰均出现了不同程度的蓝移.随着工作气压的增大,ZnMgO薄膜的紫外荧光峰峰位从3.374eV逐渐红移到3.332eV,氧气压力增加导致的ZnMgO薄膜中Mg含量的减少是紫外荧光峰红移主要原因;与ZnO薄膜相比,ZnMgO薄膜的紫外PL光谱存在着明显的宽化现象,而且主要由两个荧光峰构成,分别对应为束缚激子复合过程和局域激子复合过程;ZnMgO薄膜中束缚激子的激活能较大,并随薄膜沉积环境中氧气压力的增加有逐渐增大的趋势.