ZnO缓冲层对玻璃衬底上的MgxZn1-xO薄膜光学特性影响的研究

摘要

近年来研究发现ZnO和MgO混合生成的MgxZn1-xO三元化合物根据所含的MgO含量的不同,带隙可以在3.3-7.7eV之间连续变化,使其在光电探测光谱响应区域的范围和光发射的范围从蓝光到深紫外波段,甚至实现日盲区紫外探测。MgxZn1-xO三元化合物是一种ZnO基半导体材料,是通过不同的制备方法掺杂Mg元素,制备出的新型Ⅱ-Ⅵ族宽带隙三元化合物半导体材料,成为当前的研究热点。关于MgxZn1-xO合金相关发光器件主要包括以下两种:一种是MgxZn1-xO合金作为ZnO基器件的势垒层,另一种是MgxZn1-xO合金本身作为发光层。而就MgxZn1-xO薄膜的发光而言,国内外还处于研究的起步阶段,一般从两个方面展开,分别是LED和光致发光,在LED这一方面,因为很难获得p型的MgxZn1-xO,所以很难制备,相对来说光致发光比较容易实现,本文正是在这样的背景下,开展了一些相关的MgxZn1-xO薄膜的制备及检测的研究工作。
　　 (1)本文通过溶胶-凝胶法,成功在玻璃衬底上制备出MgxZn1-xO薄膜,而MgxZn1-xO薄膜与玻璃衬底之间存在的较大的晶格失配和热失配,这会导致MgxZn1-xO薄膜的结晶质量下降,并导致紫外发光性能降低,所以在衬底与MgxZn1-xO薄膜间加入ZnO缓冲层,通过检测发现加入缓冲层后对MgxZn1-xO薄膜的结晶质量,透过率,紫外发光等特性均有影响,对薄膜的结晶质量有明显提高,而对紫外发光强度有所提高,分析主要原因是ZnO缓冲层减小了MgxZn1-xO薄膜与玻璃衬底之间存在的较大的晶格失配和热失配。
　　 (2)在研究引入ZnO缓冲层后对制备出的MgxZn1-xO薄膜的结晶质量和紫外发光性能确实有提高的基础上,通过溶胶.凝胶法制备了不同制备参量的MgxZn1-xO薄膜,对加入ZnO缓冲层后的MgxZn1-xO薄膜中Mg含量,厚度,退火温度的变化对其结晶质量,透过率,紫外发光等特性的影响做了研究与检测。实验结果表明,结晶质量,透过率,紫外发光在镀膜次数为4层时都达到了最好;而升高退火温度,结晶质量逐渐提高,在500℃时结晶质量最好;随着Mg含量的增加,禁带宽度逐渐增加,紫外发光峰发生蓝移,发光质量降低,可见光波段的发光增强,分析原因为随着Mg含量的增加,引入了更多的缺陷,造成了在可见光波段发光增强,且形成发光带。
　　 本文所进行的研究工作对于深入了解MgxZn1-xO薄膜的光学特性和开发出一些MgxZn1-xO薄膜基的紫外发光器件具有重要的科学意义和应用参考价值。