PDF《氧化处理的蓝宝石基片上沉积的》

0 13922 nm)衍射), 根据(2)式通过线性拟合可以得到其调制周期.表1给出了XRR 和XRD 确定的调制周期,可以看出两种方法所确定的结果符合得很好.为了进一步确定ZnO / MgO 多量子阱中ZnO 阱层的宽度,我们利用电子探针(EPMA)对样品进行了成分分析,根据多量子阱中Mg / Zn 的原子比例估算出阱层(ZnO 层 )的 宽度.计算结果在表1中给出(其 中阱宽由XRR 得出的调制周期来计算得出). 由于界面处存在一定的扩散,实际的阱宽要略小于计算值.表1两种方法测量的ZnO / MgO 多量子阱的调制周期及阱宽L/nma) L / nmb) LW / nmb) Mg / Zn 1#

23 29

23 02

21 78

0 056 2#

18 71

19 21

18 19

0 055 3#

11 39

11 11

10 34

0 073 4#

9 51

8 93

8 38

0 064 a)XRD 的结果;

b)XRR 的结果.图3给出了不同调制周期的ZnO / MgO 多层膜的原子力显微镜扫描结果,其中扫描范围为2μm *

2 μm, 纵坐标的刻度为75 nm / div. 可以发现对于不同的调制周期,薄 膜的微观表面形貌存在明显差异,说明调制周期对多量子阱的生长行为影响很大.从薄膜的表面均方根粗糙度(RMS)随调制周期的变化可以看出,样品的粗糙度随调制周期的减小而增大(由

6 4 nm 增加到21

2 nm), 我们认为多层膜样品的粗糙度比较大可能是由于基片与MgO 过渡层以及MgO 与ZnO 之间存在较大的晶格失配度.蓝宝石基片经过氧化处理有利于多量子阱的生长,但仍不能消除与ZnO 的晶格失配.3

2 光学性质研究图4(a)给出了4个样品的透过率T, 可以看到在380―

1100 nm 内 ,样 品均具有较高的透过率(85% ― 92% ), 表明所沉积的多层膜在可见光波段具有较好的透明度.多量子阱的吸收边随阱宽减小而向短波方向偏移,光学带隙Eg 可以从透射谱数据拟合给出.图4(a)插图是样品的光学带隙随阱宽的变化曲线,可 以看出光学带隙随阱宽的减小而增加.室温PL 光谱测量表明,多量子阱的发光峰位存在蓝移现象.图4(b)是阱宽为18

19 nm 样品的室温PL 光谱,插图是4个样品的发光峰位Epeak 随阱宽LW 的变化关系曲线,可 以看出与光学带隙随阱宽的变化趋势一致.由于4个多量子阱样品的阱宽均比较大,量子限域效应比较弱,随着阱宽的减小,发光峰蓝移不太明显(仅 约20 meV). 为了研究多量子阱在低温下的激子发光特性,我们对2# (LW =

18 19 nm)样品和4# (LW =

8 38 nm)样品进行了变温PL 光谱的测量,结果如图5所示.从图中可以看出,在低温下主峰均位于3

35 eV 附近,根据峰位随温度的变化,我 们认为该峰对应于束缚激子(BX)的辐射复合.随着温度的升高,发光强度逐渐减弱.PL 强度随温度升高而降低的过程3期栾田宝等: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2041 图3(a)― (d)样品的AFM 扫描结果(图 (a)― (d)调制周期分别为8

93 nm,

11 11 nm,

19 21 nm 和23

02 nm);

(e)RMS 随调制周期的变化关系可以近似用单激活能公式表示[14]为I(T)= I0 / [

1 + aexp(- Ea / kT)], ( 3) 其中,I0 是0K 时的强度,Ea 是激活能,k是Boltzman 常数.根据上式,我们对4# 样品的发光强度随温度的变化关系进行了拟合,结果如图6所示,拟合结果给出束缚激子的激活能Ea 为28 meV, 略大于ZnO 体材料的束缚激子的结合能(10―

20 meV)[ 15],这是量子限域效应的结果.对于4# 样品,在 主峰的低能端还有一个位于3