发光学报, 2015, 36 (10): 1171, 网络出版: 2016-01-19  

在c-面蓝宝石上控制生长高质量的ZnO单晶薄膜

Controllable Growth of High Quality ZnO Thin Film on c-sapphire
作者单位
1 中山大学理工学院 光电材料与技术国家重点实验室,广东 广州510000
2 中国科学院 深圳先进技术研究院,广东 深圳518055
3 西昌卫星发射中心,四川 西昌615000
4 香港科技大学 物理系,香港999077
摘要
利用MgO和低温ZnO的缓冲层技术,在c面蓝宝石衬底上用等离子体辅助分子束外延(P-MBE)的方法生长了高质量的ZnO单晶薄膜。通过XRD测试,ZnO薄膜样品具有c轴方向的择优取向,其(002)方向摇摆曲线的半高宽(FWHM)仅为68.4 arcsec,(102)方向摇摆曲线的半高宽(FWHM)为1 150 arcsec,显示了外延薄膜极高的晶体质量。另外从扫描电子显微测试结果和原子力显微测试结果来看,ZnO薄膜具有极为平整的表面,3 μm×3 μm面积内的均方根粗糙度仅为0.842 nm,接近原子级的平整。拉曼光谱(Raman)和荧光光谱(PL)测试结果显示,ZnO薄膜样品内部的应力基本释放,而且具有极低的点缺陷密度。高质量ZnO单晶薄膜的实现为ZnO基的光电器件的制备提供了坚实的基础。
Abstract
High quality ZnO thin film was obtained on c-sapphire substrate by using a technique of plasma assisted molecular beam epitaxy (P-MBE),in which MgO and low temperature ZnO are used as buffer layers. High-resolution XRD measurement shows the full width at half maximum (FWHM) of (002) and (102) are only 68.4 and 1 150 arcsec,respectively. In the meantime,atomically smooth surface with root mean square (RMS) surface roughness of 0.842 nm is realized. In addition,Raman and photoluminescence (PL) measurements show that ZnO layer has extremely low stress level and defect density. The realization of high quality ZnO thin film pays a good way for the application of ZnO-based optoelectronic devices.

张权林, 苏龙兴, 吴天准, 王玉超, 祝渊, 陈明明, 桂许春, 汤子康. 在c-面蓝宝石上控制生长高质量的ZnO单晶薄膜[J]. 发光学报, 2015, 36(10): 1171. ZHANG Quan-lin, SU Long-xing, WU Tian-zhun, WANG Yu-chao, ZHU Yuan, CHEN Ming-ming, GUI Xu-chun, TANG Zi-kang. Controllable Growth of High Quality ZnO Thin Film on c-sapphire[J]. Chinese Journal of Luminescence, 2015, 36(10): 1171.

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