ZnO薄膜反射光谱及能带结构.pdf

第23 卷 第6 期 发 光 学 报 Vol1 23 No 6 2002 年 12 月 CHINE SE J OURNAL OF LU MINE SCENCE Dec , 200 2 : 10002 7032 ( 2 002) 0620 5592 04 ZnO 薄膜的反射、透射光谱及能带结构测量 傅竹西, 林碧霞, 何一平, 廖桂红 ( 中国科学院结构分析开放实验室; 中国科学技术大学 物理系, 安徽 合肥 230026) : 采用正入射的方法研究了生长在硅基片上的氧化锌薄膜的反射光谱, 测量出氧化锌薄膜的光学吸收 边在370nm, 所对应的能量值为3135eV 。测量生长在石英玻璃基片上的氧化锌薄膜的透射光谱, 得到相同的 吸收边。表明ZnO 薄膜的光学禁带宽度与体材料的禁带宽度一致。反射谱中, 在550~ 600nm 之间观察到一 个吸收峰, 吸收峰的位置以及吸收边的陡峭程度都随薄膜的结晶状况的不同而有所不同。 : 氧化锌薄膜; 反射光谱; 透射光谱; 能带结构 : O4 7213 : A 以采用了反射光谱测量方法。反射光谱是一种既 1 基本又简单的研究材料光学性质的方法。通过反 Zn O 是近年来发展起来的近紫外发光材料, 射谱中吸收边和吸收峰的分析, 可以得到材料电 目前已成为热门的研究课题[ 1~ 10] 。其原因在于 子态的信息, 还可以从反射谱吸收边的陡峭程度, 利用它有可能制成高效、长寿命的蓝光或更短波 判断材料的生长情况。为了得到正入射时样品的 长的激光二极管。但要使之达到实用化, 不仅要 反射光谱, 特制了一个中间带孔的反射镜, 入射光 进一步提高制备薄膜的质量, 还需要对它的物理 通过反射镜正入射到Zn O 薄膜表面, 反射光经由 性质加以深入研究。特别是与发光直接有关的 反射镜中央的小孔进入单色仪, 从而实现了入射 ZnO 的能级结构。许多文献对ZnO 禁带宽度的 光束在样品表面的准垂直入射和反射。光源采用 [5] 200W 的氙灯。单色仪的测量范围从300nm 到 报道存在明显的差别。例如, Ohta 等人 和 [ 11] 600nm 。图1 为反射谱测量装置简图。 Barn es 等人 在研究ZnO 单晶的性质时, 引用 的ZnO 禁带宽度为312eV ; Izaki 等人在文章中采 用的数据是313eV [9] ; Yosh ikawa 等人测量氧化 锌的光学常数得出禁带宽度为 314eV [ 12 ] ; 而 N ause 等人则认为ZnO 的禁带宽度是315eV [ 13] 。 显然, 氧化锌的不同状态( 体单晶或薄膜) 以及用 不同方法制备的氧化锌薄膜可能具有不同的禁带 宽度。因此有必要通过测量来确定所制备的ZnO 薄膜的禁带宽度及其能级结构。本实验通过反射 和透射光谱中的吸收边和吸收峰的位置来确定 图1 反射谱测量装置简图 ZnO 薄膜的光学禁带宽度和局域能级。 11 光源, 21 透镜, 31 中间带孔的反射镜, 41 样品架, 2 51 单色仪, 61 光电倍增管 Fig 1 Sch em