【国际论文】尖晶石氧化锌镓薄膜中光学转变的光致发光研究

        由美国加利福尼亚大学的研究团队在学术期刊 Scientific Reports 发布了一篇名为 Photoluminescence study of optical transitions in spinel zinc gallium oxide thin films（尖晶石氧化锌镓薄膜中光学转变的光致发光研究）的文章。

        尖晶石 ZnGa₂O₄ 作为超宽带隙材料，在深紫外（UV）光子学和其他应用领域具有巨大潜力。本研究在等离子体辅助分子束外延系统中生长了锌含量为 0.0% 至 48.0% 的氧化锌镓（ZnGaO）样品。利用 X 射线衍射中的倒易空间图确定了晶体结构从 beta 型到尖晶石型的变化。当 Zn 含量为 0.0、0.9、3.4 和 7.3 at% 以上时，晶体结构分别表现为 beta 相、混合相、弱尖晶石相和强尖晶石相。利用 ArF 激光激发对样品进行了全面的光致发光（PL）研究，并对 PL 峰值进行了解卷积，以了解禁带隙内的光学转变和能级。在尖晶石 ZnGaO 样品中，观察到五个去卷积峰，揭示了三个氧空位的能级、自阱空穴结合能和受体能级。

        在这项研究中，利用等离子体辅助 MBE 系统生长出了 9 种 ZnGaO 样品，其 Zn 含量在 0.0% 至 48.0% 之间。当锌含量增加到 0.9 at% 时，样品呈现出 beta 和尖晶石的混合结构。当锌含量为 3.4 at% 时，样品呈现弱尖晶石结构。当锌含量大于 7.3 at% 时，所有样品都呈现尖晶石结构。为了系统地分析和了解这些样品的光学转变，使用 193 nm 激光对这些样品进行了聚光研究。研究揭示了 STH 结合能以及三个氧空位和受体水平的位置。这项研究为尖晶石 ZnGa₂O₄ 在深紫外光探测器和其他光电应用领域的应用铺平了道路。

图 1. (a) 所有 ZnGaO 样品的 EDX 光谱。(b) 所有 ZnGaO 样品的透射光谱。(c) 所有 ZnGaO 样品的陶氏图吸收光谱。(d) 所有 ZnGaO 样品在 θ/2θ 扫描模式下的 XRD 图样。

图 2. (a) 样品 1 的 beta 结构 (020) 面、(b) 样品 2 的 beta 结构 (020) 面和尖晶石结构 (440) 面的混合物、(c) 样品 3 的弱尖晶石结构 (440) 面以及 (d)-(f) 样品 4-9 的强尖晶石结构 (440) 面的 XRD 面内 RSM。

DOI：

doi.org/10.1038/s41598-025-00234-9