六方Mg-,x-Zn-,1-x-O納米晶薄膜的制備及其光學性質(zhì)研究.pdf

1、氧化鋅(ZnO)是一種具有六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)的Ⅱ-Ⅵ族寬帶隙半導體材料，室溫下帶隙寬度高達3.37 eV。由于氧化鋅具有較高的激子束縛能(60 meV)，保證了其在室溫下較強的激子發(fā)光，因而被認為是制作紫外半導體激光器的最佳候選材料。隨著能帶工程技術(shù)的日益成熟，人們希望能夠找到找到一種與ZnO晶體結(jié)構(gòu)相同，晶格常數(shù)相近，禁帶寬度更大的材料以便與ZnO制成合金材料，這種材料可與ZnO一起組成異質(zhì)結(jié)、量子阱和超品格，這不但能極大地提高ZnO的發(fā)

2、光效率，而且能對材料的發(fā)光特性進行調(diào)制。MgO即可滿足這種要求，其禁帶寬度為7.7 eV。MgO和ZnO形成合金MgxZn1-xO的帶隙可以在3.37～7.7 eV之間變化，可用來作為ZnO/MgxZn1-xO半導體量子阱及超晶格結(jié)構(gòu)的勢壘層。 本文使用Mg0.15Zn0.85O靶材，用電子束蒸發(fā)結(jié)合熱退火(采用快速降溫方式)的方法在石英襯底上生長了纖鋅礦結(jié)構(gòu)的MgrZn1-xO六方納米晶薄膜。用X射線衍射譜(XRD)、吸收光譜

3、、光致發(fā)光光譜(PL)、X射線光電子能譜(XPS)研究了退火溫度對MgxZn1-XO六方納米晶薄膜的結(jié)構(gòu)性質(zhì)和光學性質(zhì)的影響，并結(jié)合X射線光電子能譜和掃描電鏡(SEM)的結(jié)果，探討了MgxZn1-XO納米晶薄膜的形成機制。 退火溫度在300-700℃范圍時，MgxZn1-xO納米晶薄膜中Mg的濃度x在0.05至0.08之間進行調(diào)節(jié)。在700℃退火的MgxZn1-xO納米晶薄膜的光致發(fā)光譜中，近帶邊發(fā)射峰發(fā)生明顯藍移，強度增強。隨

4、著Mg濃度的升高，可見發(fā)射增強。在Mg濃度為0.08時，觀察到了綠光發(fā)射的最大強度，并且隨著Mg濃度的增大可見光發(fā)射峰向低能側(cè)移動(紅移)。 通過擬合700。C溫度下退火的MgxZn1-xO納米晶薄膜變溫光致發(fā)光的紫外發(fā)射峰，我們得出發(fā)光峰主要來源于局域化激子發(fā)射，激子束縛能為53 meV，樣品中的激子-縱光學聲子相互作用較弱，發(fā)光峰的寬化主要來源于Mg濃度的空間分布漲落和納米粒子表面缺陷引起的非均勻展寬。 MgxZn1