ZnO是一種典型的、重要的Ⅱ~Ⅵ族直接帶隙寬禁帶半導體材料，是第三代半導體材料[1-2].室溫下，ZnO的禁帶寬度與GaN相近，為3.37eV,ZnO具有較高的激子束縛能，比目前研究較熱的幾種寬禁帶發光材料，如ZnSe（22meV）、GaN（26meV）高得多，容易實現高效率的紫外激子發光，因此，在海底探測、紫外通訊和光存儲等方面的性能將有數量級的提高[3-5].雖然用ZnSe、GaN等已制成高效率的激光器，但它們還存在一定的不足[6]:ZnSe激光器在高溫受激發射時，壽命很短，而GaN熱穩定性差，在600℃即開始緩慢分解，但其熔點在1 600℃以上，制備存在一定的困難。
ZnO熔點（1 975 ℃）高，熱穩定性和化學穩定性很好[7-8].因此，ZnO成為室溫下或更高溫度下半導體紫外激光器[9-12]的重要材料。另外，ZnO原料資源豐富、無毒無害、價格便宜、制備方法簡單，具有潛在的巨大商用價值[13-15].
目前，制備ZnO納米棒的方法主要有水熱合成法、熱蒸發法、共沉淀法等。水熱合成法具有操作簡單、質量好、缺陷少、純度高、應力小、晶體發育完整、粒徑分布均勻、反應溫度較低、樣品形貌多樣、容易滿足高溫高壓的條件等優點。因此，作者采用水熱合成法制備了ZnO納米棒，并對其光學性能進行研究。
1 實驗
1.1 ZnO納米棒的制備
將純度為98%的氯化鋅（ZnCl2）配制成濃度為0.1mol·L-1的溶液，用氨水（25%）調節溶液的pH值為10,將溶液均分、轉移到兩個聚四氟乙烯反應釜中，分別標記為1#和2#,1#反應釜中不加任何襯底，2#反應釜的底部插入覆蓋有ZnO晶種層的單晶硅片襯底，帶有晶種層的一面朝上，擰緊兩個反應釜的蓋子，將其放入100 ℃烘箱中保溫8h.收集1#反應釜內白色沉淀物，離心清洗3次，在70℃烘箱中烘干，得1#樣品。將2#反應釜的襯底取出，用去離子水清洗3次，在70℃烘箱中烘干，得2#樣品。
1.2 樣品的測試表征
樣品的X-射線衍射采用D/max-2500型X-射線衍射儀（Cu靶κα40kV/200mA）測定；樣品的形貌采用日本Hitachi公司的S-570型掃描電子顯微鏡測定；樣品的拉曼光譜采用法國Horiba Jobin Yvon公司的HR800型共焦顯微拉曼光譜儀測定；樣品的光學性能采用法國Horiba Jobin Yvon公司的LABRAM-UV光致發光光譜儀測定，激發波長為325nm,He-Cd激光器。
2 結果與討論
2.1 XRD圖譜（圖1）
由圖1可知，兩個樣品均含有10個衍射峰，分別對應ZnO的六角形纖鋅礦結構，和1的標準PDF卡片對比 發 現，兩 個 樣 品 都 較 好 保 持 了ZnO的 結構，因此，兩 個 樣 品 的XRD圖 譜 和ZnO的 標 準 譜JCPDS符合得很好，沒有Zn等其它雜質元素的衍射峰的存在，樣品屬六方晶系。從圖1曲線a可以看出，1#樣品的（101）面衍射峰最強，其次是（100）面衍射峰，然后是（002）面衍射峰。
ZnO標準譜中（101）面衍射峰最強，其次是（100）面衍射峰，然后是（002）面衍射峰。因此，1#樣品的XRD圖譜和ZnO標準譜符合很好，不存在擇優取向生長，是隨機生長的。從圖1曲線b可以看出，2#樣品的（002）面衍射峰比（100）面衍射峰和（101）面衍射峰都強，2#樣品在覆蓋有ZnO晶種層的單晶硅片襯底上主要是沿（002）晶面生長的。這說明2#樣品是垂直襯底生長的，即沿c軸擇優取向生長。
2.2 SEM照片（圖2）
從圖2可以看出，在相同的反應條件下，1#、2#樣品的形貌差別較大。
1#樣品直徑較大，約為400nm左右，且沒有擇優取向的生長趨勢。
2#樣品直徑較小，約為50nm左右，并且沿c軸擇優取向生長?？梢?，在覆蓋有ZnO晶種層的單晶硅片襯底上生長的ZnO納米棒形貌較好、覆蓋密度較高、生長趨勢較好。
2.3拉曼光譜（圖3）
從圖3可以看出，特征峰分別出現在438cm-1、382cm-1、579cm-1、333cm-1處。其中438cm-1處的特征峰強度最強，是非極性光學聲子E2高頻，是纖鋅礦結構ZnO的特征峰，說明所制備的ZnO納米棒為纖鋅礦結構，與XRD圖譜相符（圖1）.382cm-1處的特征峰為極性聲子A1（TO）模式，579cm-1處的特征峰為縱向光學聲子E1（LO）模式，579cm-1聲子模式的出現，說明可以觀察到ZnO晶格多聲子共振過程。
333cm-1處的特征峰可能是由于聲子散射造成的。
2.4光致發光光譜（圖4）
由圖4可以看出，ZnO納米棒在385nm處出現了強的紫外發射峰，在590nm處出現了較弱的綠光發射峰。
ZnO的紫外發射峰一般認為是近帶邊發射所致，是激子與激子碰撞過程中產生的自由激子復合。綠光發射可能是由于點缺陷造成的，例如氧空位或者晶體不純造成的，深能級的橘黃光發射可能是由于氧空位或者和晶體的結構有關。深能級（可見光）發射原因可能是該納米結構中存在多種缺陷，這些缺陷很容易形成復合中心。
比較光致發光光譜中紫外近帶邊發射峰和深能級光發光峰的強度是判斷樣品結晶質量的一種常用方法。如果所制備的樣品的結晶質量較差，雜質和缺陷的散射作用將會使得激子壽命降低，紫外發射峰強度減弱，深能級發射強度增強。相反，如果所制備的樣品的結晶質量較好，樣品的紫外發射峰的強度就會較高，同時深能級發射峰的強度就會降低。因此，PL分析結果表明，生長在單晶硅片襯底的ZnO納米棒結晶質量好，這一結果和拉曼光譜及XRD圖譜表征結果相符。
3 結論
采用水熱合成法在覆蓋有ZnO晶種層的單晶硅片襯底上成功制備了ZnO納米棒，所制備的ZnO納米棒比不加襯底制備的ZnO納米棒形貌好、覆蓋密度高、生長趨勢好。從ZnO納米棒的光致發光光譜可以看出，所制備的ZnO納米棒具有較強的紫外發光和較弱的深能級發光，說明所制備的ZnO納米棒結晶質量和光學性能均較好。
