CN101281949A - 一种提高氧化锌薄膜紫外光致发光强度的方法 - Google Patents

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赵艳
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Abstract

一种提高氧化锌薄膜紫外光致发光强度的方法属于半导体光电材料领域。现有提高氧化锌薄膜紫外光致发光强度的方法存在工艺流程复杂、不易控制，耗时较长等问题。本发明通过激光辐照预处理后的氧化锌薄膜，从而提高氧化锌薄膜室温下的紫外光致发光强度；其中，激发波长为248nm；电控旋转台转动速度为10～40°/s；脉冲频率为1～5Hz；激光输出能量密度为250～650mJ/cm2；激光脉冲数为30～100。本发明方法具有时间短、可控性强、重复性高、操作简单等优点。

Description

一种提高氧化锌薄膜紫外光致发光强度的方法
技术领域
本发明属于半导体光电材料领域，具体涉及一种提高氧化锌薄膜紫外光致发光强度的方法。
背景技术
回顾半导体的发展历程，随着不同时期新材料的出现，半导体材料的应用先后出现了几次飞跃，从硅材料到砷化镓，再到近年来新一代的宽带半导体材料，由于其特殊性质和潜在应用前景使得宽带半导体材料备受关注，而氧化锌又是宽带半导体材料中的研究热点。氧化锌是直接带隙宽禁带化合物半导体材料，室温下的禁带宽度为3.37eV，在紫外光探测和发射方面具有很好的应用潜力。氧化锌最吸引人的特点是它的激子束缚能特别大，为60meV，比室温热离化能26meV大得多。如此大的束缚能使得激子在室温下不易被热激发，理论上保证了氧化锌在室温下可以产生高效率的激子发射。因此，宽禁带和高激子结合能使得氧化锌具备了室温下紫外光发射的有利条件，是制备光电子器件的优良材料，尤其在紫外探测、LED、LD等领域极具开发和应用的价值。
随着纳米技术和薄膜外延技术的发展，同时也是为了满足器件微型化的要求，1997年日本和香港的科学家首次报道了氧化锌薄膜室温下的紫外光致发光和光泵浦激光，此后，氧化锌薄膜迅速成为半导体光电材料领域研究的新热点。众多科学工作者围绕氧化锌薄膜开展了大量工作，其最终目的是氧化锌基光电器件的实现，而提高氧化锌薄膜室温下的紫外光致发光性能无疑是首要的任务。目前，一般采用改善薄膜生长工艺以及后退火处理来提高氧化锌薄膜的结晶质量，从而增加其紫外光致发光强度。但是，上述方法工艺流程复杂，不易控制，而且耗时较长。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种方便快捷的提高氧化锌薄膜室温下光致发光性能的方法。
本发明采用准分子激光器作为高能辐照源，控制激光输出能量密度，从而控制氧化锌薄膜的紫外光致发光强度，具体包括以下步骤：
1)氧化锌薄膜的预处理；
2)将预处理后的氧化锌薄膜固定在电控旋转台上，设定电控旋转台转动速度为10～40°/s；
3)选择准分子激光波长248nm，设置脉冲频率为1～5Hz；
4)调整光路，使得光斑位于薄膜样品中心，调节辐照在薄膜样品上的激光光斑大小和激光输出能量，使作用于薄膜样品上的激光功率密度为250～650mJ/cm2；
5)薄膜样品固定在电控旋转台时，薄膜样品和激光的位置均在转台的中心，设定激光脉冲数为30～100，转动样品转台，激光辐照，脉冲输出停止后，停止转台转动，结束辐照。
其中，步骤4)中作用于薄膜样品上的激光功率密度优选450mJ/cm2。
本发明所用的氧化锌薄膜为实售商品或可通过常规方法制得的氧化锌薄膜；本发明所用的激光器为Lambda Physik LPX305iF型KrF准分子激光器，激发波长248nm。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1)时间短，最少激光作用几秒钟时间就可大幅度增加氧化锌薄膜的紫外光致发光强度。
2)可控性强，重复性高。通过控制激光辐照功率密度，可以调控氧化锌薄膜紫外光致发光强度。
3)操作简单，在常温空气下进行制备操作。
附图说明
图1、氧化锌薄膜室温下的紫外光致发光光谱。
以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
具体实施方式
本发明所提供的激光辐照提高氧化锌薄膜紫外光致发光强度的方法在常温空气气氛下进行。采用JY HR800型显微拉曼光谱仪测试激光辐照前后氧化锌薄膜的紫外光致发光光谱，测量结果见表1，电控旋转台的转动方式为一维转动。
对比例
1)氧化锌薄膜的预处理：将氧化锌薄膜依次用乙醇和去离子水各超声清洗15min后，用吹风机去除表面的水珠，以保证薄膜的表面洁净，无污染；
2)激光辐照：激光辐照功率密度为0，即氧化锌薄膜没有经过准分子激光辐照。
实施例1
1)氧化锌薄膜的预处理：同对比例中的步骤1)；
2)激光辐照：将预处理后的氧化锌薄膜固定在电控旋转台中心位置，设定电控旋转台转动速度为10°/s，选择波长248nm的KrF准分子激光，设置脉冲频率为5Hz，调整光路，调节辐照在样品上的激光光斑大小并使得光斑位于样品中心，调节激光输出能量，使能量密度为250mJ/cm2，设定脉冲数为100，转动样品转台，激光辐照，脉冲输出停止后结束辐照。
实施例2
1)氧化锌薄膜的预处理：同对比例中的步骤1)；
2)激光辐照：将预处理后的氧化锌薄膜固定在电控旋转台中心位置，设定电控旋转台转动速度为40°/s，选择波长248nm的KrF准分子激光，设置脉冲频率为1Hz，调整光路，调节辐照在样品上的激光光斑大小并使得光斑位于样品中心，调节激光输出能量，使能量密度为450mJ/cm2，设定脉冲数为50，转动样品转台，激光辐照，脉冲输出停止后结束辐照。
实施例3
1)氧化锌薄膜的预处理：同对比例中的步骤1)；
2)激光辐照：将预处理后的氧化锌薄膜固定在电控旋转台中心位置，设定电控旋转台转动速度为30°/s，选择波长248nm的KrF准分子激光，设置脉冲频率为3Hz，调整光路，调节辐照在样品上的激光光斑大小并使得光斑位于样品中心，调节激光输出能量，使能量密度为650mJ/cm2，设定脉冲数为30，转动样品转台，激光辐照，脉冲输出停止后结束辐照。
氧化锌薄膜经过激光辐照后，紫外发光性能大幅度增加，紫外光致发光强度由辐照前的3200光电子计数增加到14200光电子计数，提高了4倍(见表1)。
  激光能量密度(单位：mJ/cm2) 激光重复频率 脉冲数   紫外光致发光强度(光电子计数)
 对比例   0   0   0   3200
 实施例1   250   5   100   7700
 实施例2   450   1   50   14200
 实施例3   650   3   30   9000
表1激光辐照氧化锌薄膜的工艺参数和样品在室温下的紫外光致发光强度

Claims (2)

1、一种提高氧化锌薄膜紫外光致发光强度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)氧化锌薄膜的预处理；
2)将预处理后的氧化锌薄膜固定在电控旋转台上，设定电控旋转台转动速度为10～40°/s；
3)选择准分子激光波长248nm，设置脉冲频率为1～5Hz；
4)调整光路，使得光斑位于薄膜样品中心，调节辐照在薄膜样品上的激光光斑大小和激光输出能量，使作用于薄膜样品上的激光功率密度为250～650mJ/cm2；
5)薄膜样品固定在电控旋转台时，薄膜样品和激光的位置均在转台的中心，设定激光脉冲数为30～100，转动样品转台，激光辐照。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4)中作用于薄膜样品上的激光功率密度为450mJ/cm2。
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