Ultrafast dynamics of ZnO films using femtosecond pump probe spectroscopy

Abstract

ZnO ist ein direkter Halbleiter vom n-Typ mit einer großen Bandlücke von ~3.4eV. Es wird z.B. für blaue Leuchtdioden verwendet. In dieser Arbeit wird die ultraschnelle Ladungsträger-Dynamik in ZnO-Schichten mit Hilfe der zeitaufgelösten Pump-Probe-Transmissionsspektroskopie im Femtosekundenbereich untersucht. Die ZnO-Schichten mit unterschiedlicher Dicke zwischen 100nm und 500nm wurden auf einem Saphir-Substrat mittels Pulsed Laser Deposition erzeugt. Aus detaillierten Ellipsometrie- und Transmissionsmessungen konnte die komplette dielektrische Funktion bestimmt werden. Für die Pump-Probe-Messungen wurde als Pumpimpuls ein frequenzverdoppelter Ti:Saphir-Laser ( λ=400 nm, Impulsdauer = 150 fs) verwendet. Zur Messung der Transmissionsänderung diente ein Weisslichtimpuls (320-560 nm) gleicher Dauer. Es konnte ein kompliziertes Zeitverhalten der Transmission beobachtet werden, für dessen Verständnis vier verschiedene Beiträge notwendig sind. Die Analyse der zeitlichen Entwicklung dieser Beiträge erlaubt einen detaillierten Einblick in das elektronische Verhalten der von den 400nm-Impulsen angeregten ZnO-Schichten. Detaillierte Erkenntnisse über die Natur dieser dynamischen Prozesse wurden weiterhin durch Experimente mit unterschiedlicher Anregungswellenlänge und Energie gewonnen.