Eriyik ve buhar tekniği ile büyütülen yüksek kalite ZnO kristallerinin optiksel özellikleri

Abstract

Bu çalısmada, eriyik ve buhar tekniği ile büyütülen yüksek kalite ZnO kristallerinin optiksel özellikleri incelenmistir. Büyütme sonrası farklı gaz ortamlarında ısısal tavlamalara tabi tutulan örneklerin yansıma ve emisyon spektrumları alınmıstır. Sonuçlar birbirleri ile karsılastırmalı olarak yorumlanıp bu ısısal tavlama isleminin örneklerin optiksel özellikleri üzerine olan etkileri tartısılmıstır. Her iki spektrumda da ZnO kristalin wurtzite yapısına eslik eden baskın içsel optik geçisler detaylı olarak analiz edilmistir. Kristalin A, B ve C- değerlik bantlarına karsı gelen serbest eksitonların taban ve uyarılmıs durumları düsük sıcaklık yansıma spektrumlarında gözlenmistir. Fotoluminesans ölçümlerinde ise A ve B değerkil bandına ait optik geçisler net olarak gözlenmis olup A bantına ait serbest eksiton bağlanma enerjisi uyarılmış durumun spektral pozisyonundan elde edilmiştir. FL ölçümlerinde ayrıca kristal yapıya ait, polariton, bağlı eksitonlar ve bunların ikincil-elektron uyduları ile verici-alıcı çifti geçişleri ve bunların boylamsal optik fonon replikaları gibi içsel ve dışsal geçişlerde gözlenmiştir. Hem yansıma hemde FL ölçümleri eriyik ve buhar tekniği ile büyütülen ZnO kristallerinin çok yüksek kalitede olduklarını göstermiştir.

Optical properties of high-quality melt-grown and vapor-grown ZnO crystals are reported. The reflection and emission spectra of samples which are post-treated at different gas environment are compared. For both samples, the reflection and emission spectra predominantly related to the intrinsic properties associated with the wurtzite structure of the crystals are analyzed in detail. Both the ground state and the excited state of the free excitons associated with the A, B, and C - valance bands of the crystals are spectrally observed in reflection. Free exciton binding energies was determined from the position of the excited states of the free excitons, assuming a hydrogenic character for these excitons. Additional intrinsic and extrinsic fine structures such as polariton, twoelectron satellites, donor-acceptor pair transitions, and LO-phonon replicas have also been observed in photoluminescence spectra. The details of both the reflection and emission spectra for the melt-grown and vapor-grown ZnO crystals verify the highquality of materials.