微量Mg掺杂ZnO薄膜的光致发光光谱和带隙变化机理研究

摘要：

利用射频磁控溅射(RF-MS)法在450℃玻璃基底上制备了Mg掺杂量分别为0.81at%,2.43at%和4.05at%的ZnO薄膜,对其微观结构、室温光致发光光谱(PL)、光学和电学性质进行了研究.结果发现,微最Mg掺杂ZnO薄膜晶体具有六方纤锌矿结构并保持高结晶质量;掺杂0.81at%和2.43at%Mg的ZnO薄膜室温PL谱中近带边发射(NBE)峰的短波方向出现了高能发射带与NBE峰同时存在;随着Mg掺杂量增加至4.05at%,这个高能发射带逐步将NBE峰掩盖.推测在Mg掺杂ZnO薄膜中,Mg~(2+)替代Zn~(2+)附近核外电子的能量增大并产生了一个高能级.而未被Mg~(2+)替代的Zn~(2+)周围的核外电子能量状态不变,带间能级依然存在,随着Mg掺杂量的增加处于高能级的电子数目逐步增加并占绝对优势.因此,ZnO薄膜随着Mg掺杂量增加薄膜禁带宽度增大,这是由于Mg掺杂后周围电子能量增大与Burstein-Moss效应共同作用的结果.另外,薄膜在可见光区域的平均透射率均大于85%,随着Mg掺杂量的增加,薄膜禁带宽度增大并在3.36-3.52 eV内变化;Mg掺杂量为0.81at%,2.43at%和4.05at%时,薄膜电阻率分别为2.2×10~(-3),3.4×10~(-3)和8.1×10~(-2)Q·cm.

关键词：ZnO薄膜、射频磁控溅射、微量Mg掺杂、光致发光

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分类号：O4(物理学)

资助基金：国家重点基础研究发展规划973计划2004CB619302

在线出版日期：2010-06-21（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页码：1263-1267