论文部分内容阅读
ZnO是II-VI族直接宽带隙半导体氧化物材料,室温下禁带宽度3.37eV,激子束缚能为60meV,在室温下可以实现紫外受激发射。其优异的光电性能在紫外发光二极管、激光器和紫外探测器等短波长领域有着广泛的应用前景。Sb掺杂可以在ZnO禁带中引入杂质能级,增加非辐射缺陷中心,影响ZnO材料的紫外发光效率,为开发ZnO基发光材料在可见光范围内的应用提供了选择,但目前关于Sb掺杂ZnO薄膜的物性研究较少。本文主要研究Sb掺杂浓度对ZnO薄膜的结构和光学性质的影响,探索ZnO缺陷发光机理和ZnO:Sb可见光发光器件开发的潜在可能。本文采用射频磁控溅射法在玻璃衬底上沉积了不同掺杂浓度的ZnO:Sb薄膜,借助于台阶仪、X射线衍射仪(XRD)、拉曼散射光谱(Raman)、双光束紫外/可见分光光度计(UV-vis)、室温光致发光谱(RT-PL)等手段表征了ZnO:Sb薄膜的膜厚、结构和光学性质。XRD和Raman光谱分析表明所有样品均呈现ZnO六角纤锌矿结构,且当Sb掺杂浓度为1wt.%时,ZnO薄膜的晶体质量最好。XRD分析表明不同掺杂浓度的ZnO:Sb薄膜中Sb主要以替位形式存在于ZnO晶格当中;Raman光谱分析SbZn-O的局域振动模位于532cm-1;透射光谱和室温光致发光谱分析表明ZnO:Sb薄膜的光学带隙随Sb的掺杂浓度的增加而减小;室温PL谱表明紫外发光峰位于3.25eV,与激子复合有关。3.03eV的紫光峰与锌空位有关。2.102.44eV的绿光带与氧空位或锌填隙有关。当Sb掺杂浓度为1wt.%和5wt.%时,一个新的紫光峰(3.11eV)出现,并认为紫光峰是由SbZn复合体缺陷引起的。且当掺杂浓度为1wt%时,3.11eV紫光峰最强,当Sb掺杂浓度为5wt.%时,3.11eV紫光峰的强度降低,分析认为是大量Sb原子进入晶界。紫光发射峰的出现对开发紫光发光器件有重要意义。