（光学工程专业论文）纳米zno复合薄膜制备与光学特性研究.pdf

博士论文 纳米z n o 复合薄膜制各与光学特性研究 摘要 z n o 是重要的i i 一族半导体氧化物，属宽能隙直接带材料，因其激子结合能( 6 0 m e v ) 比g a n ( 2 5m e v ) 、z n s e ( 2 2m e v ) 高，能有效工作于室温( 2 6m e v ) 及更 高温度，而且光增益系数( 3 0 0c m 1 ) 高于g a n ( 1 0 0c l i l d ) ，使得z n o 迅速成为短 波长半导体激光器材料研究的国际热点，相关文献在n a t u r e 、p h y s i c a lr e v i e wl e t t e r s 、 a p p l i e dp h y s i c sl e t t e r s 等著名刊物上屡见不鲜，例如意大利著名教授w i e r s m a 在 n a t u r e 上对z n o 随机激光器做了专题评论，美国西北大学的h c a o 等在z n o 半导体 粉末的荧光实验中观察到了随机激光辐射。 为了寻求低成本制备高质量z n o 薄膜的方法并进一步探讨其在光电子器件中的 应用，本文用t i 0 2 及s i 0 2 作为缓冲层，利用电子束蒸发法制备了高质量的z n o 薄膜， 成功地解决了z n o 薄膜与基底之间存在的晶格失配及热失配问题，并对其发光特性 进行了研究。从理论上采用时域有限差分法( f d t d ) 分析了随机激光器中环形随机 腔的谐振特性，并提出了适合随机激光系统的m a x w e l l b l o c h 方程，研究了随机激光 器的阈值及饱和模式数特性。研究发现，在石英玻璃基底上以t i 0 2 为缓冲层生长的 z n o 薄膜，其晶体质量显著提高，实现了强的紫外光( u v ) 、强的紫光和弱的绿光的 共发射；而在s i 基底上同样采用t i 0 2 作为缓冲层则成功制备了非晶态的z n o 薄膜， 实现了非晶z n o 薄膜的高质量发光，从而降低了制备工艺要求，节约了生产成本； 以非晶s i 0 2 作为缓冲层，在s i 基底上采用保温处理的方法制备了高质量的z n o 薄膜， 观察到了稳定单一紫外发光的新现象，使得其在光电子器件，特别是在紫外发光器件 及紫外激光器中存在广阔的应用前景；线偏振光在z n o 薄膜背散射方向存在退偏振 行为，同时发现其存在最佳退偏振角，等于对应的有效布儒斯特角，为研究无序系统 中的多散射行为提供了一定的参考；得到了随机激光器中环形随机腔的构成、形成条 件以及模式特点，为随机激光器的设计提供了一定的理论基础；通过时域有限差分法 对m a x w e l l b l o e h 方程的求解，得到了随机激光器中光的局域模式和饱和模式数等， 为随机激光器的振荡频谱分布研究提供了有价值的参考。 关键词：氧化锌薄膜，缓冲层，电子束蒸发，光致发光，随机激光，时域有限差分法， m a x w e l l b l o c h 方程 博士论文 纳米z n o 复合薄膜制各与光学特性研究 a b s t r a c t z i n co x i d e ( z n o ) i sa ni m p o r t a n ti i v is e m i c o n d u c t o ro x i d ew i t hw i d eb a n dg a p i t se x c i t o nb i n d i n ge n e r g y ( 6 0m e v ) i sl a r g e rt h a nt h a to fg a n ( 2 5m e v ) o rz n s e ( 2 2 m e v ) i ti sa b l et ow o r ke f f e c t i v e l ya tr o o mt e m p e r a t u r e ( 2 6m e v ) ，a n de v e na th i g h e r t e m p e r a t u r e i t sg a i nc o e f f i c i e n t ( 3 0 0c m 1 ) i sl a r g e rt h a nt h a to fg a n ( 1 0 0c m 以) n l e p r o p e r t i e so fz n o a sa b o v es t i m u l a t eaw i d er e s e a r c hi n t e r e s ti nt h es t u d yo fs h o r tw a v e s e m i c o n d u c t o rl a s e rm a t e r i a l p a p e r sa b o u tz n oa r ea b o u n d i n gi nf a m o u sp u b l i c a t i o n s ， s u c ha sn a t u r e ，p h y s i c a lr e v i e wl e t t e r sa n da p p l i e dp h y s i c sl e t t e r s p r o f e s s o rw i e r s m a h a st o k e nas p e c i a lt o p i ca b o u tz n or a n d o mi 缸由i nn a t u r e p r o f e s s o rc a oh a so b s e r v e d t h er a n d o ml a s i n go fz n os e m i c o n d u c t o rp o w d e ra tt h ef l u o r e s c e n c ee x p e r i m e n t i no r d e rt of i n dh i g h - q u a l i t yl o w - c o s tz n of i l mp r e p a r a t i v em e t h o d s ，a n df u r t h e r s t u d yo nt h ea p p l i c a t i o n so fz n oi no p t o e l e c t r o n i cd e v i c e s ，h i g h - q u a l i t yz n of i l m sh a v e b e e nd e p o s i t e du s i n gt i 0 2a n ds i 0 2b u f f e rl a y e r sb ye - b e a me v a p o r a t i o n t h el a t t i c e m i s m a t c ha n dt h e r m a lm i s m a t c hw e r ed e c r e a s e db yu s i n gb u f f e rl a y e r a n dt h e l u m i n e s c e n c ec h a r a c t e r i s t i co fz n of i l mw a ss t u d i e di nt h i sd i s s e r t a t i o n t h e o r e t i c a l l y , a f i n i t e - d i f f e r e n c et i m e - d o m a i n ( f d t d ) m e t h o di su s e dt os t u d yt h er e s o n a n c eo fl o o p r a n d o mc a v i t i e so fr a n d o ml a s e r m a x w e l l - b l o c he q u a t i o n sa d a p t i v et or a n d o ml a s e ra r e p r e s e n t e d t h et h r e s h o l da n dn u m b e ro fs a t u r a t i o nm o d ea r es t u d i e d t h er e s u l t sa r ea s f o l l o w s ：t h ec r y s t a l l i m t yo fz n of i l md e p o s i t e do nq u a r t zg l a s si sc o n s i d e r a b l yi m p r o v e d b yu s i n gat i 0 2b u f f e rl a y e r t h ec o - e m i s s i o no fu v , v i o l e ta n dg r e e nl u m i n e s c e n c ei s o b s e r v e df r o mz n o t i 0 2f i l m w 1 1 e nt h es iw a su s e da ss u b s t r a t e s ，t h ez n of i l m sa r e a m o r p h o u s a n dt h eh i g h - q u a l i t yl u m i n e s c e n c eo fa m o r p h o u sz n of i l mw a so b s e r v e d z n of i l m sh a v eb e e nd e p o s i t e do ns is u b s t r a t e su s i n ga m o r p h o u ss i 0 2a sb u f f e rl a y e r s ， a n dt h e r m a lr e t a r d a t i o nw a su s e dt oi n c r e a s et h eo p t i c a lq u a l i t yo ft h ez n of i l m p l s p e c t r o s c o p ys h o w e dt h a tu vl u m i n e s c e n c ea to n l y3 7 4 衄w a sf i r s t l yo b s e r v e d t h e r e a r eb r o a dp r o s p e c t sf o ra p p l i c a t i o n so fz n oi no p t o e l e c t r o n i cd e v i c e s ，e s p e c i a l l yi nt h e u v l i g h te m i t t i n gd e v i c e sa n du vl a s e rt h ed e p o l a r i z a t i o nb e h a v i o ro fb a c k s c a t t e r e d l i n e a r l yp o l a r i z e dl i g h tf r o mz n ot h i nf i l mw a si n v e s t i g a t e de x p e r i m e n t a l l y t h e r ei sa n o p t i m a li n c i d e n ta n g l e f o rd e p o l a r i z a t i o no fl i n e a r l yp o l a r i z e dl i g h tw i t hd i f f e r e n t w a v e l e n g t h ，w h i c hi se q u a lt ot h e i re a c he f f e c t i v eb r e w s t e r sa n g l e ，r e s p e c t i v e l y i t p r o v i d e s s o m er e f e r e n c e sf o r s t u d y i n g t h e m u l t i - s c a t t e r i n g i nd i s o r d e rm e d i a a m a b s t r a c t 博士论文 f i n i t e - d i f f e r e n c et i m e d o m a i n ( f d t d ) m e t h o di su s e dt os t u d yt h es t r u c t u r e ，c o n s i t i o no f f o r m a t i o na n dm o d ec h a r a c t e r i s t i co fl o o pr a n d o mc a v i t i e so fr a n d o ml a s e r i tp r o v i d e s s o m et h e o r e t i c a lb a s i sf o rt h ed e s i g no fr a n d o ml a s e r af i n i t e d i f f e r e n c et i m e d o m a i n m e t h o di su s e dt os o l v em a x w e l l b l o c he q u a t i o n s t h el o c a l i z e dm o d e sa n dn u m b e ro f l a s i n gm o d e sa r e o b t a i n e d i tp r o v i d e ss o m ev a l u a b l er e f e r e n c e sf o r s t u d y i n gt h e d i s t r i b u t i o no ft h es p e c t r u mo fr a n d o ml a s e r k e y w o r d s ：z n of i l m ，b u f f e rl a y e r , e - b e a me v a p o r a t i o n ，p l ，r a n d o ml a s e r , f d t d ， m a x w e l l b l o c he q u a t i o n s i v 博士论文纳米z n o 复合薄膜制备与光学特性研究 图表目录 图1 2 1z n o 晶体结构- ，”3 图1 2 2 半经典紧束缚模型( 实线) 和赝势能带法( 虚线) 计算所得能带结构5 图1 2 3z n o 薄膜典型p l 谱6 图1 2 4 蓝宝石基底上z n o 薄膜p l 谱7 图1 2 5 不同激发强度下z n o 薄膜p l 谱8 图1 2 6z n o 薄膜p l 谱9 图1 2 7z n o 纳米粒子激子发光带的形成示意图1 0 图1 2 8 用f p l m t o 法计算z n o 本征缺陷的能级一1 1 图2 1 1m b e 镀膜设备示意图1 9 图2 1 2p l d 镀膜设备示意图2 0 图2 1 3m o c v d 生长装置示意图- 2 2 图2 1 4 射频溅射装置图2 2 图2 1 5 磁控溅射原理图”2 3 图2 2 1 点蒸发源的发射”2 4 图2 2 2p m c 一9 0 s 型蒸发式光学镀膜机真空室内部结构图2 5 图2 2 3 真空泵2 6 图2 2 4电子束蒸发装置示意图2 7 图2 2 5 石英晶体的切割方向及石英晶体谐振片3 1 图3 1 1四种不同样品的x r d 谱3 6 图3 。1 2 室温下z n o t i 0 2 与t i 0 2 z n o 复合薄膜的r 锄船谱3 8 图3 1 3 四种不同结构薄膜的透射谱3 9 图3 1 4 四种不同结构薄膜的光致发光谱4 1 图3 2 1 不同温度下z n o t i 0 2 复合薄膜的x r d 谱4 3 图3 2 2 不同温度下z n o t i 0 2 复合薄膜r a m a l l 谱”4 4 图3 2 3 不同温度下z n o t i 0 2 复合薄膜反射谱4 5 图3 2 4 不同温度下z n o 爪0 2 复合薄膜p l 谱4 6 图4 2 1不同退火温度下z n o 薄膜x r d 谱5 1 图4 3 1不同退火温度下z n o 薄膜a f m 图5 2 图4 3 27 0 0 。c 退火时z n o 表面颗粒及颗粒边界”5 4 图4 3 37 0 0 退火时z n o 表面粒度分布图“5 4 l乙文色豇良l&吼仉l乙文色曩良l&吼吼l乙文色曩&l&吼c； l 1 1 l 1 l l l 1 l 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 图表目录博士论文 3 1 图4 4 1室温下不同退火温度z n o s i 0 2 复合薄膜p l 及p l e 谱5 5 3 2 图5 1 1散射光偏振度与散射次数关系曲线6 0 3 3 图5 1 2 背散射结构图解k 6 1 3 4 图5 2 1z n o 粉末x r d 谱6 l 3 5 图5 2 2z n o 薄膜a f m 图6 2 3 6 图5 2 3实验测量装置示意图6 3 3 7 图5 3 1z n o 薄膜相对散射强度与入射角之间的关系6 4 3 8 图5 4 1z n o 薄膜背散射偏振度与入射角之间的关系6 6 3 9 图6 1 1 双层膜的表面模式7 1 4 0 图6 1 2 散射矩阵法图解“7 3 4 1 图6 2 1一维光子晶体结构示意图7 4 4 2 图6 2 2 _ 维光子晶体不同光程比对应的透射谱7 5 4 3 图6 2 3z n o s i 0 2 一维光子晶体透射谱7 6 4 4 图6 3 1含有z n o 缺陷层的z n o s i 0 2 一维光子晶体结构示意图”7 7 4 5 图6 3 2 含有z n o 缺陷层的z n o s i 0 2 一维光子晶体透射谱”7 7 4 6 图6 3 3缺陷模波长和品质因数与入射角之间的关系7 8 4 7 图6 4 1无序扰动光子晶体折射率分布示意图7 9 4 8 图6 4 2 粒子相关无序扰动光子晶体局域长度谱8 0 4 9 图6 4 3间隙相关无序扰动光子晶体局域长度谱8 1 5 0 图6 4 4 完全无序扰动光子晶体局域长度谱8 1 5 1 图7 1 1超临界状态随机介质辐射脉冲8 4 5 2 图7 1 2 无序随机介质中后向散射光之间的干涉一8 5 5 3 图7 2 1环形随机腔光振荡示意图8 7 5 4 图7 2 2t m 波照射下随机激光器系统8 8 5 5 图7 3 1不同粒径与散射体浓度的频谱图9 0 5 6 图7 3 2 谐振频率间隔与散射体半径的关系9 0 5 7 图7 3 3 不同散射体的频率响应9 1 5 8 图8 2 1f a b r y p e r o t 腔中共振模的光强分布9 7 5 9 图8 2 2f a b r y p e r o t 腔外电场时间演化“9 8 6 0 图8 2 3f a b r y - p e r o t 激光f d t d 计算l i 曲线“9 8 6 1 图8 2 4f d t d 计算振荡时间9 9 6 2 图8 3 1光与二能级原子作用模型1 0 0 6 3 图8 3 2随机系统一维模型及其y e e 网格设置1 0 2 6 4 图8 3 3 不同散射体粒径的频率响应1 0 4 x 博士论文纳米z n o 复合薄膜制备与光学特性研究 6 5 图8 3 4 6 6 图8 3 5 6 7 表1 2 1 6 8 表3 1 1 6 9 表3 1 2 7 0 表3 2 1 7 1 表4 1 1 7 2 表4 2 1 7 3 表4 3 1 7 4 表5 1 1 7 5 表8 2 1 随机激光频率响应o ”10 5 随机激光模式数比较10 5 z n 0 的结构参数及性能4 镀膜参数”3 4 样品x r d 数据、带隙宽度及电阻率测量结果3 6 p l 峰位与反射谱吸收边及吸收峰位的比较4 6 z n o s i 0 2 复合薄膜制备参数5 0 不同退火温度下z n o 薄膜x r d 数据”5 2 7 0 0 退火时z n o s i 0 2 复合薄膜表面粗糙度部分参数”5 3 斯托克斯列矢量表示5 9 一些有用的z 变换”9 6 x i 声明 本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知；在 本学位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发 表或公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学 历而使用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均 已在论文中作了明确的说明。 刁年，明彳日 学位论文使用授权声明 南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅 或上网公布本学位论文的全部或部分内容，可以向有关部门或机构送 交并授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的全部或部分内容。对 于保密论文，按保密的有关规定和程序处理。 研究生签名： 一年，月彳日 博士论文 纳米z n o 复合薄膜制备与光学特性研究 1 绪论 1 1 引言 近年来，蓝绿激光器成为半导体激光器研究中的一个热点。以g a a 丛s g a a s ， i n g a p g a a s p 和i n g a a l p 等半导体异质结为有源层材料构造的红光半导体激光器较 为成熟且已实现商品化，但受到温度、杂质浓度及载流子浓度对带隙的影响，该类 型激光器室温下可获得的最短波长为6 7 0n l i l 。为了获得更短波长的激光器，人们随 后发展了以s i c 、h i 族元素氮化物( 如a 1 n ，g a n 和i n n ) 及i i 一族化合物( 如 z n s e 和z n s ) 等半导体材料为激活层的蓝绿光激光器。虽然g a n 器件在5 0 0 c 下仍 能正常工作，是一种性能较好且稳定性较高的宽禁带半导体材料，但是g a n 也有一 些不足，如g a n 基的器件由于原材料昂贵因而成本较高，而且通常g a n 是生长在 较贵的蓝宝石基底上；g a n 的制备需要很高的温度，一般在1 0 0 0 以上；g a n 的 腐蚀工艺也比较复杂和困难。这些不足大大制约了g a n 的实际应用。z n s e 禁带宽 度为2 7e v ，发射波长为4 8 0n m ，但由于z n s e 是强离子型晶体，在受激发射的过 程中，温度升高易造成缺陷的大量增加，因而用z n s e 为激活层制成的激光器工作 寿命较短，这是z n s e 的固有缺点，这一不足使其在短波长光电子器件领域难以有 较大的发展。尽管蓝绿光半导体激光器的研究取得了很大的进展，室温下获得的最 短发射波长已达到4 1 7n m ，但在材料制备、器件结构设计、量子效率、颜色纯度等 方面仍有许多问题正在深入探讨中。 蓝绿光半导体激光器的研究方兴未艾，随着纳米科技的发展，纳米尺度的短波 长激光器材料和器件的研究被提了出来。其中，z n o 是一种新型的i i 一族直接带 隙宽禁带化合物半导体材料，早在1 9 6 6 年，n i c o o l 等【l 】就报道了低温下z n o 块体 材料电子束泵浦的紫外受激发射现象，然而，随着温度的升高，其紫外受激发射的 强度迅速降低而不能被应用，因此对z n o 的研究也就基本停止了。直到1 9 9 6 年， r e y n o l d s 等【2 】发表了一篇关于z n o 纳米粒子微晶结构薄膜在室温下光泵浦紫外受激 发射的文章，此时，对z n o 的研究才重新引起了人们的注意。z n o 无论在晶格结构、 晶胞参数还是在禁带宽度上都与g a n 相似，且具有比g a n 更高的熔点和更大的激 子束缚能，因而易于在室温或更高温度下实现高效率的激光发射，被认为是g a n 理 想的替代材料。z n o 还具有热稳定性高、抗辐射性能好、生物兼容性好、外延生长 温度低、成膜性能好、能够进行湿法刻蚀等优点，而且，z n o 原料丰富、价格低廉， 1 绪论 博士论文 无毒无污染，是一种绿色环保型材料。与一v 族氮化物和i i 一族的硒化物相比， 其材料的稳定性是其他材料所无法比拟的。高达6 0m e v 的激子束缚能再加上量子 限制效应，使得此种材料制成的紫外二极管或紫外激光器的潜在应用价值很大。在 室温下观察到纳米结构z n o 半导体材料( 如该种材料的无序纳米粒子薄膜和单晶蜂 巢状纳米薄膜) 的近紫外激光发射行为【3 5 】，使人们对z n o 的研究兴趣更浓厚。z n o 已成为继i 一v 族氮化物和i i 一族的硒化物之后又一新的宽带半导体激光器材 料，并已经显示出其独特的优越性。 人们对z n o 薄膜材料的研究已经历了半个多世纪，取得了许多令人鼓舞的研究 成果。z n o 薄膜研究的重点之一就是高质量z n o 薄膜的制备问题，其制备方法多样， 各有优缺点，如m b e t 6 1 、p l d 7 、c v d 钔、射频磁控溅射【9 】等，除了制备方法之外， 选择合适的基底材料对z n o 薄膜的生长也是非常的关键，常用的有s i 【l o 】、s i c 【1 1 1 、 g a a s 1 2 1 、c a f 2 1 3 】和s c a l m 9 0 4 【1 4 】等。但由于z n o 薄膜与基底间的晶格不匹配和热 膨胀系数不同，会在z n o 薄膜中引起大量的缺陷，这些缺陷往往是发光的猝灭中心， 所以直接在基底上生长高质量的z n o 薄膜有不少难度，通常在常温下很难看到z n o 薄膜的带隙紫外发光。因此大幅度减少这种缺陷的有效措施是在基底和z n o 薄膜间 引入缓冲层。作为缓冲层的材料，目前有m g o 1 5 1 、c a f 2 1 6 1 、g a n 1 7 1 、z n s 1 叼和z n 1 9 】 等异质材料和低温生长的z n o 同质材料 2 0 - 2 2 。k h b a n g 等人【2 3 】在蓝宝石基底上， 先沉积适当厚度的缓冲层，再外延生长z n o 薄膜，发现外延z n o 薄膜有最小的x r d 半高宽、最佳的a f m 形貌和带隙光致发光。ys j u n g 等人【2 4 】利用等离子体辅助分 子束外延方法，研究了在蓝宝石基底上生长的z n o 缓冲层的沉积温度和厚度对z n o 薄膜性质的影响，发现在缓冲层上生长的z n o 外延薄膜没有深能级的发光。因此， 寻找低成本、制备方便的缓冲层来提高z n o 薄膜的光学质量对于z n o 薄膜的研究 非常重要。 z n o 作为一种宽禁带半导体材料，它最大的用途在于制作短波长半导体激光器。 光抽运z n o 紫外激射的发现和自形成谐振腔的获得，使利用z n o 制作紫外激光器 的前景变得更加光明，尤其是后者，将带动激光器的革命。z n o 紫外激光器研究的 一个典型代表即为随机激光器。随机激光器是直径只有微米量级的微腔激光器，正 如欧洲实验室的w i e r s m a 教授在著名的n a t u r e 杂志上对z n o 随机激光器所做的专 题评论中叙述的那样【2 5 1 ，“这种微小的尺寸敲开了许多应用大门”。早期随机激光器 的研究成果主要是在z n o 随机介质中取得的。z n o 微粒是理想的强散射、高增益随 机材料，c a o 等人【2 6 】在这种介质中实现了相干反馈随机激光器。随机激光器的光学 性质和介质的结构密切相关，这是随机激光器研究的关键问题。目前，这一问题主 要讨论了介质中散射微粒的密度和随机激光器光学特性的关系。c a o 等人用掺有 z n o ( 大小1 0 0n m ) 或t i 0 2 ( 大小4 0 0n m ) 微粒的若丹明溶液制成的随机介质， 2 博论立纳米z n o 复合薄膜制备与光学特性 究 研究了散射自由程和闽值、输出模式数的关系。有机随机介质的优点是介质的增益 和散射是分丌的，能够分别通过改变散射粒子的密度和若丹明溶液的浓度改变散射 和增益强度，观察随机激光器的形成过程，这是随机激光器实验研究的主要方法。 目前，随机激光理论主要研究激光在随机介质中的传播特性，涉及激光的形成机制 和产生条件，以及檄光输出的时域、频域特性等，主要包括三个基本理论：随机增 益介质光散射理论、环形腔理论和环形波导理论。但是，不管是实验还是理论上， 随机激光器的研究还刚刚起步，特别是理论还不成熟，对于随机激光这一新的现象， 我们亟需新的理论对其进行解释。 1 2 纳米z n 0 薄膜及z n 0 随机激光器的研究概况 1 2 1z n 0 材料的基本性质 ( 1 ) 结构性质 z n o 为宽禁带直接带隙半导体材料，常温下的禁带宽度为33 7e v ，具有很高的 化学稳定性和热稳定性。单晶z n o 为六角纤锌矿结构，属于p 6 s m c 空间群，晶格常 数为a = 03 2 4 9 6n m ，c = 05 2 0 6 5n m 。c 轴方向的z t 一o 间距为01 9 9 2n m ，其它方向 的间距为o1 9 7 3 删。其晶胞由互相贯穿的六角紧堆积晶格构成，c 轴方向相距03 8 2 5 r i m 。其中o 原子占据( o ，0 ，o ) 和( 0 6 6 7 ，03 3 3 ，05 ) 位置，而z n 原子位置为 ( o ，o ，o3 8 2 5 ) 和( 06 6 6 7 ，03 3 3 3 ，o8 8 2 5 ) ，其晶体结构如图l2 1 。从( 0 0 0 1 ) 方向看，z n o 是由z n 面和o 面密堆积组成的，为a a b b a a b b 式排列，这种排列导 图12 1z n 0 晶体结构 v _ ：工 1 绪论博士论文 表1 2 1z n o 的结构参数及性能 晶体结构纤锌矿结构 禁带宽度e v 3 3 7 密度( g c m 3 ) 5 6 0 5 熔点 1 9 7 5 本征载流子浓度c m 。3 1 7 1 0 1 7 迁移率( 删2 v - 1 s d ) 2 0 5 电阻率( q c 历) 1 0 1 2 1 1 6 + 0 0 8 ( z n 面) 热导率( w - c m k t ) 1 1 0 + 0 0 9 ( 0 面) 热膨胀系数k d 2 9 1 0 4 致z n o 具有( 0 0 0 1 ) 和( o o o i ) 面，即一个z n 极化面，一个o 极化面。这种c 面的极化分布使得z n 面和o 面具有不同的性质，实验表明z n 面比o 面更为平滑。 z n o 的其他物理化学性质见表1 2 1 。六角纤锌矿结构的单晶z n o 具有好的取向f 2 7 ， 2 8 】，适合于高质量的定向外延生长。z