GZO ince filmlerin optik özelliklerinin incelenmesi

Abstract

Bu çalışmada, üç farklı safir (Al2O3) a-(112 ̅0), c-(0001) ve Dağıtılmış Bragg Reflektör (DBR) alt taşlar üzerine büyütülen Ga katkılı ZnO (GZO) ince filmlerin optik özellikleri incelenmiştir. Tüm örnekler Moleküler Demet Epitaksi (Molecular Beam Epitaxy-MBE) yöntemi kullanılarak büyütülmüştür. GZO yapıların optik özelliklerini incelemek için fotolüminesans (FL) tekniği kullanılmıştır. Her üç örneğin 10K ile 300K aralığında farklı sıcaklıklarda ve uyarma güç yoğunluklarında alınan fotolüminesans spektrumlarında eksitonik geçişlere ek olarak safsızlıklara ve yerel kusurlara bağlı optik geçişler de gözlenmiştir. Bu emisyon bantlarının ve merkezlerinin doğasını belirlemek için fotolüminesans spektrumlarına Gaussian uyarlama yapılarak literatür ile karşılaştırılmıştır. Gözlenen optik geçişlerin tepe enerjileri, şiddetleri ve çizgi genişlikleri sıcaklığın fonksiyonu olan ampirik uyarlama denklemleri ile detaylı olarak incelenmiştir. Elde edilen uyarlama parametreleri literatürde yüksek kabul görmüş çalışmalar ile karşılaştırılmıştır. Uyarma güç yoğunluğuna bağlı fotolüminesans ölçümleri, 10K sıcaklığında lazerin sürücü akımı değiştirilerek 2.6-330 mW/cm2 aralığında yapılmıştır. Uyarma güç yoğunluğu arttıkça her üç örneğin FL spektrumlarındaki en belirgin değişim, eksiton-fonon etkileşmelerinin artmasına bağlı olarak çizgi genişliklerin artmasıdır. Sonuç olarak, incelenen her üç örneğin sıcaklığa ve uyarma güç yoğunluğuna bağlı fotolüminesans spektrumları benzer özellikler göstermiş olup, literatürde yapılan çalışmalar ile uyum içinde oldukları tespit edilmiştir.

In this study, the optical properties of GZO layers grown on three different sapphire (Al2O3) a-(112 ̅0), c-(0001) and Distributed Bragg Reflector (DBR) substrates were investigated. All samples were grown using Molecular Beam Epitaxy (MBE). Photoluminescence technique was used to examine the optical properties of GZO structures. The photoluminescence (PL) spectra were taken at different temperatures in the range of 10K to 300K and different excitation power densities for all three samples. The PL spectra were dominated by excitonic transitions as well as transitions related to impurities and local defects. To identify the origin of the emission bands observed at low temperature PL spectra, Gaussian fit were applied to the experimental data in the temperature range of interest. The temperature variation of peak energies, intensities, and line widths of the observed transitions were studied in detail with empirical fit equations. The fit parameters were compared with highly quoted parameters in the literature. Photoluminescence measurements depending on the excitation power density were performed at the temperature of 10K in the range of 2.6-330 mW/cm2 by changing the drive current of the laser. As the excitation power density increases, it is concluded that the most obvious change in PL spectra in all three samples is due to the gradual expansion of line widths due to increased exciton-phonon interactions. As a result, the photoluminescence spectra depending on the temperature and excitation power densities of all three samples showed similar characteristics and they were found to be in agreement with the studies reported in the literature.