Направление: 010900 Прикладные математика и физика
Профиль: Оптика полупроводниковых наноструктур и нанотехнологии
Кафедра физики твёрдого тела
Научный руководитель: проф. И.Х. Акопян
Рецензент: ст. н.с. Н.Г. Философов

Экситонные спектры тонких плёнок ZnO, выращенных методом ALD
Могунов Ярослав Александрович

Спектры экситонной фотолюминесценции (ФЛ) плёнок оксида цинка были получены в интервале температур 5 K – 300 K и при плотностях возбуждающего света 200 Вт/см2 –1МВт/см2. Для возбуждения люминесценции использовались He-Cd (λ = 325 нм) и азотный (λ = 337 нм) лазеры. Образцы для исследований были выращены на кремнии методом атомного наслаивания (ALD) при различных параметрах синтеза: температуре (180°C и 240°C), ориентации подложки ((100)-Si и (111)-Si), толщине (4 нм, 10 нм, 45 нм, 100 нм и 440 нм).
Доминирующей в спектрах ФЛ изученных плёнок является полоса излучения экситонов, связанных на нейтральных донорах (D0X, λ ≈ 370 нм). На её коротковолновом крыле в спектрах большинства плёнок наблюдалось плечо, соответствующее рекомбинации свободного A-экситона (FXA, λ ≈ 367.5 нм). С длинноволновой стороны наблюдались LO-фононные повторения свободных и связанных экситонов.
Сравнение спектров ФЛ исследованных плёнок, полученных при гелиевых температурах и минимальном уровне возбуждения, со спектрами монокристаллов, выращенных гидротермальным способом, и спектрами эпитаксиальных плёнок (MBE) показало достаточно высокое качество ALD-плёнок.
При повышении светового возбуждения, при 5K в спектрах ФЛ всех исследованных образцов был обнаружен эффект возникновения или развития сплошного бесструктурного фона. По мере роста уровня возбуждения наблюдалась трансформация спектров ФЛ к виду одной широкой ассиметричной бесструктурной полосы с относительно резким коротковолновым краем в области свободных и связанных экситонов и протяжённым длинноволновым «хвостом», простирающимся до λ = 420 – 450 нм. Интенсивность новой полосы и длина «хвоста» различаются для плёнок, выращенных при разных параметрах синтеза. Также было установлено, что описанные изменения спектров ФЛ в основном обратимы: спектр возвращается к исходному виду в течение нескольких минут.
Сделано предположение о природе обнаруженной трансформации спектров ФЛ, согласно которому ассиметричная полоса соответствует люминесценции экситонов, локализованных на состояниях в запрещённой зоне, образованных неоднородным электрическим полем. Присутствие неоднородных электрических полей связывается с пространственно неоднородным распределением фотоиндуцированных и собственных заряженных дефектов. Спектры рамановского рассеяния подтвердили связь между выраженностью эффекта возникновения новой полосы и концентрацией дефектов в изученных плёнках.

Список публикаций
1. И.Х. Акопян, В.Ю. Давыдов, М.Э. Лабзовская, А.А. Лисаченко, Я.А. Могунов, Д.В. Назаров, Б.В. Новиков, А.И. Романычев, А.Ю. Серов, А.Н. Смирнов, В.В, Титов, Н.Г. Философов. Спектры фотолюминесценции тонких пленок ZnO, выращенных по ALD технологии // Физика твердого тела, 2015, том 57, вып. 9.