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近年来,低维纳米材料由于具有独特的物理性质,使其在很多领域都有广泛的应用,如紫外探测、光催化以及气敏传感器等.氧化镓(β-Ga2O3)是一种直接带隙半导体材料,禁带宽度4.9 eV,对应日盲紫外波段,其光学性质受到人们关注.研究结果表明,β-Ga2O3纳米结构的发光大多数都是氧空位等缺陷的发光.[1]本文利用化学气相输运(CVD)法,在950℃高温下,高纯金属镓源在氩气气氛中蒸发,并在镀有金膜的硅衬底上成核生长.通过控制挡板阀改变炉内压强,可在不同压强下分别得到纳米线(NWs)和纳米带(NBs).利用场发射扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、拉曼光谱(Raman)和阴极射线发光(CL)等技术对样品物性进行表征.通过SEM测得NWs直径为几十纳米,NBs的宽度为几百纳米,且长度均达几十微米.XRD和TEM的测试结果表明,NWs与NBs均为单斜结构的β-Ga2O3,但NWs的XRD衍射峰半高宽比NBs小,表明NWs的结晶质量优于NBs.从CL光谱中可以发现,NBs有比NWs更宽的紫外蓝发光带(如图1).据文献报道称,β-Ga2O3晶体由Ga04正四面体和Ga2O6正八面体相互堆砌而成,对应有三种不等效的O配位结构,因此存在三种形式的氧空位(VO(Ⅰ)、VO(Ⅱ)和VO(Ⅲ)),其对应的跃迁能级分别为3.31 eV、2.70 eV和3.57 eV.[2]通过对CL光谱中发光峰能量和位置的分析,我们发现在较低生长气压下得到的β-Ga2O3 NWs的发光主要源于VO(Ⅰ)型氧空位的缺陷复合,位于374nm(3.31 eV)；而在较高生长气压下得到的NBs中,来自VO(Ⅰ)和VO(Ⅱ)氧空位的缺陷复合发光峰都很显著,主要位于374nm(3.31 eV)和459nm(2.70 eV).通过空气退火后发现,NBs的位于374nm的紫外发光峰强度有所降低,而459nm处的蓝色发光峰则明显减弱.上述结果说明,在β-Ga2O3纳米结构中,VO(Ⅱ)氧空位为亚稳态,而VO(Ⅰ)的稳定性较高.本文通过以上分析推断出氧空位的能级位置和深能级辐射复合过程(如图2).