ZnO具有许多优异的特性，已作为一种压电、压敏和气敏材料较早便得以研究，并被广泛应用于变阻器、转换器、透明导电电极、传感器和催化剂等方面。另外，ZnO作为一种新型的Ⅱ-Ⅵ族宽禁带化合物半导体材料，具有激予束缚能大、室温下泵浦阈值很低等优良的性能，可应用于工作在紫外光到蓝光范围的发光二极管(LEDs)、激光二极管(LDs)以及紫外光探测器等器件，这是目前ZnO薄膜研究的主要方向。 要获得高性能发光器件，关键技术是建立异质结构，将光电器件中的光子和电子进一步限制在阱层内，实现低阈值的受激发射。因此人们选择了晶格常数与ZnO相近，带隙更宽的MgZnO合金作为垒层制成了ZnO/MgZnO多量子阱，从而拓展了ZnO的应用范围。Mg<,x>Znl<,1-x>三元合金是由ZnO与MgO按一定组分固溶而成，MgO组分较低时Mg<,x>Zn<,1-x>O合金的晶格结构为类ZnO的六方结构，晶格常数与ZnO接近；MgO组分较高时为类MgO的立方结构，晶格常数与MgO接近。与Ⅲ-氮族的GaN(3.4eV)与AlN(6.2eV)合金可增大禁带宽度相类似，Mg<,x>Zn<,1-x>O合金的禁带宽度可以随着Mg含量的不同从3.3eV变化到7.9eV，从而实现带隙的连续可调。因此，Mg<,x>Zn<,1-x>O合金可作为ZnO/Mg<,x>Zn<,1-x>O半导体量子阱及超晶格等结构的势垒层，与ZnO一起组成异质结、量子阱和超晶格，这不但能极大地提高ZnO的发光效率，而且能对材料的发光特性进行调制。同时，Mg<,x>Zn<,1-x>O合金可以直接作为紫外发光材料，在制备紫外波段的光电器件如短波发光二极管、太阳能电池的窗口等方面有着广阔的应用前景。 本论文采用射频磁控溅射法直接在硅衬底上制备了ZnO和Mg<,x>Zn<,1-x>O合金薄膜，为了扩展材料的应用范围并为今后研究作参考，我们测量了薄膜样品的结构、化学计量比等参数，并对其光学性质进行了研究。 通过了解材料的发光机理和光学常数，有利于制备性能更好的ZnO和Mg<,x>Zn<,1-x>O薄膜，这对了解新型宽禁带导体在光电应用的可行性以及应用器件(LED、LD)的设计，都具有重大的实际意义。本论文的主要内容如下： (1)简要介绍ZnO、MgO、Mg<,x>Zn<,1-x>O和Si衬底的材料背景，并详细叙述射频磁控溅射的原理、系统和薄膜样品的制备过程。 (2)我们首先利用扫描电镜(SEM)对薄膜的化学计量比做了测定。结果表明，薄膜中Mg的含量分别为0、25和37 mol．％，是溅射靶材：MgO靶与ZnO靶相对含量的1.6倍。然后，通过X射线衍射(XRD)和原子力显微镜(AFM)对薄膜进行晶格结构和表面形貌分析。实验中观察到薄膜属于多晶薄膜，均为六角晶系，具有高度的c轴择优取向，晶粒均沿c轴方向呈柱状生长但并不严格垂直于衬底平面，晶粒均呈现直径大小不一，且有一定分散性的特点。另外，还计算了薄膜的c轴晶格常数和平均晶粒尺寸。 (3)采用了棱镜耦合法(PC)测得了薄膜的厚度，并且结合椭圆偏振光谱法(SE)得到薄膜的折射率和色散关系，通过这两种方法的结合，我们精确计算了薄膜的厚度、折射率和色散关系。本论文报道了生长在硅衬底上的纤锌矿结构的ZnO(330～850 nm)、Mg<,x>Zn<,1-x>略薄膜在超紫外一可见光波段(300nm～850nm)的椭偏光谱，通过拟合首次得到了材料的折射率在370～800nm范围内的色散关系。结果表明，在同一波长下薄膜的折射率随着Mg含量的增加而降低；且采用一级Sellmeier关系在大于其各自的峰值波长的范围内得到很好的拟合。另外，根据薄膜折射率曲线的峰值波长的位置变化，可推知薄膜的装带宽度随着Mg含量的增加而逐渐增大。 (4)论文中选用氙灯激发，在不同激发波长作用下，观察到了室温下的ZnO和MgZn<,1-x>O薄膜的光致发光(PL)谱在紫外、蓝光及绿光范围内的发光情况。其中，每个PL峰对应于一个特定的激发波长。蓝色发光峰的强度较强，紫外发光峰的强度较弱。同时，在同波长的激发光的作用下，随着Mg含量的增大，薄膜的紫外发射峰上出现了微弱的蓝移现象(即向高能位置移动)。我们分析认为，实验中所观察到的ZnO薄膜的高能紫外(UV)发光峰来源于光生导带电子和价带空穴的带间发光复合；而MgZn<,1-x>O薄膜的UV发光峰则是由自由激子辐射复合引起的。另外，薄膜样品的蓝、绿色发光峰与薄膜制备中因薄膜的组分远离理想的化学计量比而产生的缺陷有关。