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《中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)》 2002年
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氧化锌基材料紫外发光性质研究

赵东旭  
【摘要】: ZnO是一种宽带隙的半导体材料,室温下它的能隙宽度为3.37 eV,激子束缚能高达60 meV。自从日本和香港的科学家在1997年首次实现了室温光泵浦条件下ZnO薄膜的紫外受激发射以来,ZnO材料的研究已经成为国际光电子领域前沿课题中的研究热点。 为了探索波长更短的发光材料,我们采用溶胶凝胶方法制备出了Mg2+离子掺杂的MgxZn1-xO合金薄膜,并系统地研究了它的结构和光学性质。研究表明当x的取值小于等于0.36时,合金薄膜会保持ZnO六角形纤锌矿结构,此时薄膜的能隙宽度可以在3.4 eV到3.93 eV之间调节。从X射线衍射的结果中还可以看到,x = 0.36的合金薄膜是一种亚稳态,当热处理温度在800 ℃以下时它是纤锌矿结构,而在800 ℃以上时就出现了分相。相对来说Mg2+离子浓度较低的薄膜热稳定性较高,在1000 ℃的高温下也没有出现分相。 在室温,以He-Cd激光器325 nm线为激发源测量了合金薄膜的发光光谱,所有样品的发光光谱上都只有一个位于紫外区的发射峰,并且随着Mg2+离子的掺入MgxZn1-xO合金薄膜的发光峰向短波方向移动。其发光峰的强度随激发强度的增加而线性增大。通过分析合金薄膜样品变温条件下的发光光谱,我们得到了Mg0.05Zn0.95O合金薄膜的激子束缚能为57 meV,这一数值同ZnO的相当,所以MgZnO薄膜的紫外发光也来源于自由激子的辐射复合。 我们还通过简单的热氧化锌粒的方法制备出了ZnO微柱,微柱的平均直径为2-5 μm,长约30 μm。室温光致发光的结果表明,在较低的激发强度下除了自由激子的发光外,还能观察到来源于激子激子相互碰撞产生的P带发光,它的发光强度是激发强度二次方的函数。在单根ZnO微柱(直径有25μm)的P带发光峰上还可以观察到明显的F-P腔模式分布,通过计算得到其腔长为21μm,同微米柱的尺寸相当。进一步分析表明ZnO晶体的侧面可以作为反射镜构成谐振腔。通过测量ZnO微米柱在不同温度下的发光光谱,发现激子-激子相互碰撞产生的热激活过程,并讨论了激子激子相互作用的机理。
【学位授予单位】:中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2002
【分类号】:O472.3

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【引证文献】
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【参考文献】
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