Photoluminescence of diluted Mg doped ZnO thin films and band-gap change mechanisms
微量Mg掺杂ZnO薄膜的光致发光光谱和带隙变化机理研究

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，微量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，Mg2+替代Zn2+附近核外电子的能量增大并产生了一个高能级.而未被Mg2+替代的Zn2+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8.1×10-3Ω·cm.