Eu摻雜的六方Mg-,x-Zn-,1-x-O納米晶微結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)研究.pdf

1、MgZn1—xO合金是一種帶隙可調(diào)的寬禁帶半導(dǎo)體材料。隨著合金中Mg的濃度的變化，MgxZn1—xO的禁帶寬度可以在3．4-7．5 eV之間調(diào)節(jié)，這種大的帶隙變化范圍使MgXZn1—xO合金可以應(yīng)用于多種紫外光發(fā)射和吸收的器件中。本文目的是研究在Eu摻雜的MgxZn1—xO納米晶中Eu離子存在的位置、探討Eu的摻雜對(duì)MgxZn1—xO納米晶的微結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)的影響以及MgxZn1—xO納米晶的形成機(jī)制。 本研究以Mg0．15Zn

2、0．85O：Euy（0≤y≤0．08）為靶，采用電子束蒸發(fā)結(jié)合熱退火并快速降溫的方法，在石英襯底上生長(zhǎng)了纖鋅礦結(jié)構(gòu)的MgxZn1—xO：Eu的六方納米晶。本文通過(guò)X射線衍射（XRD）光譜、X射線光電子能譜（XPS）、掃描電子顯微鏡（SEM）、吸收光譜和光致發(fā)光光譜（PL）研究了Eu的摻雜對(duì)MgxZn1—xO納米晶的微結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)的影響。MgxZn1—xO：0：8％Eu納米晶樣品在700℃退火后表現(xiàn)出了（002）方向的擇優(yōu)取向生長(zhǎng)，而未

3、摻雜Eu的MgxZn1—xO納米晶樣品在700℃退火后雖然表現(xiàn)出了纖鋅礦結(jié)構(gòu)，但卻沒(méi)有表現(xiàn)出取向生長(zhǎng)。XPS結(jié)果表明MgxZn1—xO六方納米晶已經(jīng)形成，并且納米晶中既有Eu2+又有Eu3+，但它們的含量都很低。Eu2+的存在是因?yàn)榧{米晶在生長(zhǎng)的過(guò)程中是缺氧的狀態(tài)，而Eu2+和Eu3+的含量很低則是因?yàn)樵陔娮邮L(zhǎng)階段和后退火階段造成了Eu的含量嚴(yán)重?fù)p失。 本文根據(jù)吸收光譜結(jié)果，Eu摻雜和未摻雜的MgxZn1—xO六方納米晶在7

4、00℃退火后，Mg的濃度均為0．08。室溫下，用He—Cd激光器的325nm波長(zhǎng)的激光線激發(fā)不同Eu摻雜濃度的MgxZn1—xO六方納米晶樣品，得到了兩個(gè)紫外發(fā)光峰，觀察到了明顯的相分離，而未摻雜Eu的樣品沒(méi)有觀察到這一現(xiàn)象。通過(guò)對(duì)不同Eu摻雜濃度的MgxZn1—xO納米晶紫外發(fā)光峰的擬合，得到了位于3．46 eV和3．31 eV的兩個(gè)峰，其分別來(lái)源于Mg0．08Zn0．92O和Mg0．03Zn0．97O。但未摻雜Eu的MgXZn1—x

5、O納米晶樣品的紫外發(fā)光峰只有一個(gè)，且位于3．46 eV。通過(guò)用Ar+激光器的488 nm激發(fā)線激發(fā)的MgxZn1—xO：Eu納米晶的光致發(fā)光譜中并沒(méi)有得到Eu離子的特征發(fā)光峰，因此說(shuō)明Eu很可能沒(méi)有摻雜進(jìn)MgxZn1—xO的晶格中。考慮到ZnO比MgO有更高的蒸氣壓，這使在高溫退火階段，Zn原子更容易被釋放出來(lái)而形成富Mg的MgxZn1—xO合金，但氧化銪的蒸氣壓比ZnO還高，所以Eu原子將分布在MgxZn1—xO納米晶的表面阻礙Zn的

6、蒸發(fā)。因此，MgxZn1—xO：Eu納米晶的微結(jié)構(gòu)可以看成是表面分散著Eu原子的Mg0．08Zn0．92O/Mg0．03Zn0．97O/air的單量子阱核殼結(jié)構(gòu)。通過(guò)擬合700℃退火后的MgxZn1—x0：8％ Eu納米晶的變溫光致發(fā)光的紫外發(fā)射峰，我們認(rèn)為紫外發(fā)射峰主要來(lái)源于局域化激子復(fù)合，并擬合得到了Mg0．03Zn0．97O的局域化激子的激活能為66 meV，高于Mg0．082n0．92O的局域化激子的激活能，這一結(jié)果進(jìn)一步給出了