重离子注入氧化锌晶体与钒酸镱晶体的表面特性研究

摘要

光电子材料及器件技术的研究是光电产业发展的巨大推动力量。新型光电子材料是集成光学器件发展的基础和先导,也是一个研究热点。离子注入技术是一种非常重要的材料表面改性技术,在半导体材料改性、绝缘体材料改性及金属材料改性等领域具有广泛应用。卢瑟福背散射/沟道技术是一种广泛应用的固体材料表面分析技术,在分析固体表面层的元素组成、杂质离子浓度及深度分布等方面具有重要应用。
　　 氧化锌(ZnO)是一种新型Ⅱ-Ⅵ、宽禁带半导体光电材料,具有出色的光学、电学和结构特性,在透明导电膜、紫外探测器及光电集成等方面有着重要应用。钒酸镱(YbVO4)是一种新型的激光基质材料,在YbVO4中形成光波导结构将会大大提高光功率的密度、降低泵浦的阈值,有利于实现波导激光。本论文分别利用能量为keY的重离子注入ZnO晶体及能量为MeV的重离子注入YbVO4晶体,研究了注入后样品的表面物理特性及光学特性。
　　 本论文的主要工作包括两方面:(1)能量为keV的镱离子(Yb)、铒离子(Er)、锑离子(Sb)分别注入ZnO晶体,利用卢瑟福背散射/沟道技术研究了注入样品的损伤分布以及注入离子的浓度分布。(2)能量为MeV的铜离子(Cu)、镍离子(Ni)分别注入YbVO4晶体,利用卢瑟福背散射/沟道技术及相关分析软件研究了注入样品的损伤分布;利用棱镜耦合技术测量了波导区的暗模特性并拟合了折射率分布。论文主要结果如下:
　　 我们利用keV低剂量(～1014 ions/cm2)重离子Yb+、Er+及Sb+分别注入ZnO晶体。研究结果表明在600℃下注入产生的表面损伤较小且主要分布在表面区域,通过高温退火可以很好地恢复注入引起的晶格损伤;注入区重离子随退火温度的增加向表面扩散。
　　 我们利用3.0MeV低剂量(～1014 ions/cm2)重离子Cu2+、Ni2+分别注入YbVO4晶体。研究结果表明注入样品形成了寻常光折射率增加型光波导;当以较低剂量注入时,注入产生的损伤可以通过退火处理很好的恢复,注入形成的光波导结构能够很好地限制光的传输。