Pulsed laser deposition U ê s0 n É® Žz º < gX c l” X ¢ MnT Y 8 Èc Ü R ZnGa 2 O 4 ] k ù° Ë Ñ= k U c lT c l8 ý ] k ù° Ë Ñ— ¤V R Ë

Pulsed laser deposition U ê s0 n É® Žz º < gX c l” X ¢ MnT  Y 8 Èc Ü R ZnGa 2 O 4 ] k ù° Ë Ñ= k U c lT c l8 ý ] k ù° Ë Ñ— ¤V R Ë

9

 ø ¶ B) ç  · ' Ö <( å M  · T  ø ¶ B¦  · + ä ^ ï Bg ` @ ^∗

Â

Ò â @ /† < Ɠ § Ó ü t o † < Æõ ,  Òí ß – 608-737

T ) ç ¬ £

’

  @ /† < Ɠ § F  g„    / B N† < Æõ ,  Òí ß – 617-736



™

»G ž B4 w H

Ö

 ¦í ß –@ /† < Ɠ § Ó ü t o † < Æõ , Ö  ¦í ß – 680-749

(2002¸   9 Z 4 3{ 9  ~ à Î6 £ §, þ j7 á x à º& ñ ‘ : r 2002¸   11 Z 4 1{ 9  ~ à Î6 £ §)

Mn s  ' ‘   ) a ZnGa

2

O

4

+ þ AF  g ^ ‰ ~ à Ì} Œ •`  ¦ í ß –™ è ì  r· ú š 100 mTorr\ " f l ó ø Í “ : r • ¸\  ¦ 500

^◦

C, 600

^◦

C, 700

^◦

C – Ð    or v  9 MgO(100) l ó ø Í 0 A\  ` O Û ¼ Y Us $  7 £ x‚ à ÌZ O `  ¦ s 6   x # Œ 7 £ x‚ à Ìr (  “ ¦, s X O >  7 £ x

‚

à Ì÷ &# Q”   + þ AF  g ^ ‰ ~ à Ì} Œ •\  @ /ô  Ç   & ñ ½ ¨› ¸, ³ ð€  + þ A © œõ  µ 1 ÏF  g : £ ¤$ í `  ¦ › ¸  % i  . X-‚    r] X  z  ´+ « >   õ , 600

^◦

C s  © œ_  7 £ x‚ Ã Ì “ : r • ¸\ " f Ga

2

O

3

 © œs 
 z Œ ™`  ¦ S X ‰ “   % i “ ¦, Mn

²⁺

\  @ /ô  Ç µ 1 ÏF  g Û ¼& 7 ˜à Ô! 3 “ É r 465 nm \ " f 570 nm t _  % ò % i \ " f + þ AF  g Û ¼& 7 ˜à Ô! 3 `  ¦ t  9 509 nm\ " f þ j“ ¦ x ß ¼° ú כ`  ¦
 ? /% 3  . + þ A F 

g_  [ jl  l ó ø Í “ : r • ¸\  _ ” > r   H  ⠆ ¾ Ó`  ¦ ˜ Ð% i “ ¦, 7 £ x‚ Ã Ì “ : r • ¸ 600

^◦

C { 9  M : + þ AF  g Û ¼& 7 ˜à Ô! 3 _  y © œ

•

¸  © œ Z  } > 
 z Œ ™`  ¦ S X ‰ “   % i  .

PACS numbers: 78.55.-m, 78.66.-w

Keywords: ZnGa

2

O

4

:Mn

²⁺

, + þ AF  g ^ ‰ ~ à Ì} Œ •, ` O Û ¼ Y Us $  7 £ x‚ à ÌZ O 

I. " e  ] Ø

n

Û ¼e  ¦ Y Us  l Õ ü t“ É r FED(Field Emission Display), ~ Ã Ì }

Œ

• „    µ 1 ÏF  g ™ è , Õ ªo “ ¦ e  ¦  Ý ¼  n Û ¼e  ¦ Y Us \   6   x

`

 ¦ 0 AK  “ ¦´ òÖ  ¦_  ~ à Ì} Œ • + þ AF  g Ó ü t| 9  F « Ñ\  @ / # Œ > 5 Å q ÷ &



 H ƒ  ½ ¨\  ¦ : Ÿ x K " f ´ ú §“ É r µ 1 τ  `  ¦ K š ¸“ ¦ e ”  . s [ þ t ™ è 

\

 @ /ô  Ç 6 £ x6   x`  ¦ 0 AK " f, í ß – oÓ ü t + þ AF  g ^ ‰  H ± ú “ É r „  · ú š\ " f

•

¸ Z  }“ É r 6 f• ¸_  µ 1 ÏF  g : £ ¤$ í `  ¦ t m “ ¦ e ” “ ¦ l ” > r_  n Û ¼e  ¦ Y

Us 6   x Ü ¼– Ð  © œ6   x o÷ &# Qt “ ¦ e ”   H S !  oÓ ü t >  + þ AF  g ^ ‰ü < q 

“

§ # Œ “ ¦“ : r “ ¦”  / B N  © œI \ " f_  î ß –& ñ $ í õ  „  l  „  • ¸$ í s

 Ä ºÃ º  . Õ ªo “ ¦ sulfur gas\  ¦ Ò q t$ í # Œ  Òd ” ÷ & 
 í

ß –™ èü < ì ø Í6 £ x # Œ µ 1 ÏF  g ´ òÖ  ¦`  ¦ y Œ ™™ èr v   H ë  H ] j& h 1 p x`  ¦ F G 4

Ÿ

¤½ + É Ã º e ”   [1,2].

í

ß – oÓ ü t + þ AF  g ^ ‰ ×  æ \ " f ZnGa ² O 4 + þ AF  g ^ ‰  H ZnO ü <

Ga 2 O 3 _   o½ + ËÓ ü t – Ð" f Fd ^3m / B Nç ß –ç  H`  ¦ ”   Û ¼x 3 A q ½ ¨

›

¸(AB 2 O ₄ )\  ¦ s À ғ ¦ e ”  . ¢ ¸ô  Ç  Ö ¸$ í ] j_  ' ‘  \ O s • ¸ ' õ

AÒ  o µ 1 ÏF  g`  ¦
 ? /  H  ^ ‰  Ö ¸$ í (self-activated) + þ AF  g ^ ‰– Ð

"

f optical  ½ ™× ¼Ì “ ss  4.4eVs  9, î ß –& ñ ô  Ç |   à º" î _  Ó ü t| 9 

∗

E-mail address: [email protected]

–

Ð · ú ˜ 94 R M ® o   [3]. : £ ¤ y  Mns  ' ‘   ) a ZnGa 2 O 4 + þ AF  g

^

‰ ~ à Ì} Œ •“ É r 0 l qÒ  o µ 1 ÏF  g`  ¦ 0 Aô  Ç Ê ê˜ Ð Ó ü t| 9 – Ð+ ‹ þ j  H \  Y > Y > 

ƒ 

½ ¨ [ þ t \  _ K " f ƒ  ½ ¨ ÷ &# Qt “ ¦ e ”   [4,5].

‰ &

³F  t  ZnGa 2 O ₄ >  + þ AF  g ^ ‰ ~ à Ì} Œ •`  ¦ ½ + Ë$ í l  0 AK " f Û

¼( ' a A(sputtering)Z O  [5], a % ¦- 0 qZ O (sol-gel processing) [6],  o† < Æ& h “   7 £ x‚ à ÌZ O (chemical vapour deposition) [7], Õ ª o

“ ¦ ` O Û ¼Y Us $  7 £ x‚ à ÌZ O (pulsed laser deposition) [4] 1 p x õ

 ° ú  “ É r # Œ Q t  7 £ x‚ à ÌZ O s   6   x ÷ &# Q4 Rš ¸“ ¦ e ”  . + þ AF  g

^

‰ ~ à Ì} Œ •“ É r ì  r´ ú ˜õ  q “ §K " f  8  Œ •“ É r { 9  [ þ t – РÒ' _   8 Z

 }“ É r ì  r K 0 p x,  8 a % ~“ É r \ P & h  î ß –& ñ $ í , Õ ªo “ ¦ “ ¦^ ‰ ³ ð€  \ 

@

/ô  Ç  8 a % ~“ É r  ҂ à Ì$ í 1 p x õ  ° ú  “ É r # Œ Q t  s & h `  ¦ t 

“

¦ e ”   H ì ø ̀  \   © œ@ /& h Ü ¼– Ð ± ú “ É r + þ AF  g y © œ• ¸\  ¦ ”     H é

ß –& h  ¢ ¸ô  Ç t “ ¦ e ”  .

#

Œ Q ƒ  ½ ¨ [ þ t s     & ñ + þ AF  gÓ ü t| 9 _  + þ AF  g y © œ• ¸\  ¦ > h

‚ 

 l  0 AK " f ´ ú §“ É r ƒ  ½ ¨\  ¦ K  M ® o t ë ß –, epitaxial >  $ í



© œ÷ &# Q”   + þ AF  g ^ ‰ ~ à Ì} Œ •\  @ /ô  Ç ƒ  ½ ¨  H  _  s À Ò# Qt t 

·

ú §“ ¦ e ”  . ¢ ¸ô  Ç # Œ Q t  7 £ x‚ Ã Ì l Õ ü t – Ð 7 £ x‚ Ã Ì ÷ &# Q”   + þ A F 

g ^ ‰ ~ à Ì} Œ •\  e ” # Q" f ½ ¨› ¸& h “   : £ ¤$ í õ  + þ AF  g : £ ¤$ í  s _  l

œ í& h “   › ' a >   H  f ”  t  ¢ - a„   >  s K ÷ &t  · ú §“ ¦ e ” 



 H z  ´& ñ s  .

-351-

‘

: r ƒ  ½ ¨\ " f  H “ ¦ © œ ì ø Í6 £ xZ O `  ¦ s 6   x # Œ ] j Œ •÷ &# Q

”

  Mns  ' ‘   ) a ZnGa 2 O 4 [ j b ” `  ¦ target – Ð # Œ MgO(100) l ó ø Í 0 A\  ` O Û ¼Y Us $  7 £ x‚ à ÌZ O `  ¦ s 6   x # Œ ZnGa 2 O 4 :Mn <sup>2+</sup> + þ AF  g ^ ‰ ~ à Ì} Œ •`  ¦ ] j Œ • % i  . ¢ ¸ô  Ç ~ à Ì} Œ •\ 

@

/ô  Ç   & ñ ½ ¨› ¸, ³ ð€  + þ A © œõ  + þ AF  g : £ ¤$ í \  › ' a K  › ¸  % i 



.

II. ÷ m Ç] M ö

` O

Û ¼Y Us $  7 £ x‚ à Ì6   x [ j b ”  target\  ¦ ] j› ¸ l  0 A # Œ ZnO ü < Ga ₂ O ₃ \  ¦ 4 : 3 _  q Ö  ¦ – Ð Õ ªo “ ¦ MnO\  ¦ 0.02 mole – Ð ™ D ¥½ + Ë % i  . ZnO\  ¦ stioichiometryô  Ç $ í ì  r q ˜ Ð 

´

ú §s  V , # QŠҍ  H s Ä »  H [ j b ”  target ] j› ¸r ,Õ ªo “ ¦ ~ à Ì} Œ • 7

£

x‚ à Ìr  Zn_  7 £ x l · ú šs  Ga_  7 £ x l · ú š˜ Ð   © œ@ /& h Ü ¼– Ð & 

"

f ´ ú §“ É r € ª œ_  Zn 6 fµ 1 Ïs  ÷ &l  M :ë  H s  . ™ D ¥½ + ˝ ) a r « Ñ



 H } Œ •   µ 1 Ï`  ¦  6   x # Œ 20 ì  r& ñ • ¸ milling`  ¦ z  ´r  % i 



. Ø  æì  r y  ™ D ¥½ + ˝ ) a " é ¶ r « э  H à º& ñ › ' a(quartz tube) \  V , “ ¦

”

 / B N* 3 á Ô\  ¦  6   x # Œ 10 ⁻³ Torr  t  ”  / B N C l  % i  .

”

 / B N C l _  3 l q& h “ É r 6 fµ 1 Ï$ í s  Z  }“ É r " é ¶ ™ è_  6 fµ 1 Ï`  ¦ ~ ½ Ót 

“ ¦, @ /l _  Ô  ¦í  HÓ ü t – РÒ'  ˜ Р ñ l  0 A† < Ês  .

Ã

º& ñ › ' a 5 Å q \ " f ”  / B N x 9 4 Ÿ x ) a " é ¶ r « Ñ[ þ t`  ¦ ½ + Ë$ í l  0 A 

#

Œ „  l – Ð\  V , “ ¦ 1000 ^◦ C \ " f 12 r ç ß – calcining % i  .

calcining s  = å Qè ß – ì  r´ ú ˜`  ¦ ` O Û ¼Y Us $  7 £ x‚ à Ì6   x [ j b ”  tar- get Ü ¼– Ð $ í + þ A l  0 A # Œ 10 % polyvinylalcohol (PVA) 6

 

xÓ  o`  ¦   ½ + Ë] j(binder)– Ð 4 wt % ™ D ¥½ + Ë # Œ “ ¦À Ò [ O # Qï  r Ê

ê f ”  â 1” _  F K+ þ A d  ¦ \  G Ä º“ ¦ 750 kg/cm ² _  · ú š§ 4 `  ¦

 # Œ $ í + þ A % i “ ¦ 1050 ^◦ C \ " f 3 r ç ß –1 l xî ß – ™ è   # Œ [

j b ” `  ¦ ¢ - a$ í % i  . ] j› ¸ô  Ç Mns  ' ‘   ) a ZnGa 2 O 4 [ j



b ” `  ¦ PLD6   x target Ü ¼– Ð  6   x l  0 AK " f f ”  â 1”, ¿ º a

 €  • 2.5 mm_  ß ¼l – Ð ƒ    % i  .

Mn s  ' ‘   ) a ZnGa 2 O 4 [ j b ” `  ¦ target Ü ¼– Ð # Œ ` O  Û

¼Y Us $  7 £ x‚ à ÌZ O `  ¦ s 6   x # Œ ~ à Ì} Œ •`  ¦ ] j Œ • % i  . Y Us $ 



 H   © œs  193 nm“   ArF " l or  Q Y Us $ \  ¦  6   x % i “ ¦, é

ß –0 A€  & h { © œ ` O Û ¼\  -t   H @ /| Ä Ì 3.5 J/cm ² % i  . ‘ : r z  ´+ « >

\

  6   x ÷ &# Q”   l ó ø ͓ É r ZnGa 2 O ₄ (a=0.8335 nm) ü < ° ú  “ É r cubic ½ ¨› ¸\  ¦ t  9 1 % s ? /_  lattice mismatch\  ¦
 

? /  H MgO(100) (a=0.4211 nm) é ß –  & ñ `  ¦  6   x % i  .

7

£

x‚ à Ìr  l ó ø Íõ  target  s _   o   H 40 mm \  “ ¦& ñ r (  



.

~ Ã

Ì} Œ • 7 £ x‚ Ã Ì „   10 ì  r 1 l xî ß – \ Vq  ablation`  ¦ ' Ÿ  # Œ ³ ð& h  _  ³ ð€  \  ” > r F    H s Ó ü t| 9 `  ¦ ] j ô  Ç Ê ê shutter\  ¦ \ P “ ¦, Y

Us $  Å Ò à º 1 Hz– Ð 10 ì  r 1 l xî ß – ~ à Ì} Œ •`  ¦ 7 £ x‚ Ã Ì “ ¦
 Q t

 r ç ß –“ É r 5 Hz – Ð 40 ì  rç ß – 7 £ x‚ Ã Ì % i  . 7 £ x‚ Ã Ì “ : r • ¸  H 500, 600, Õ ªo “ ¦ 700 ^◦ C % i “ ¦, í ß –™ è ì  r· ú š“ É r 100 mTorr – Ð “ ¦

&

ñ % i  . { 9 ì ø Í& h Ü ¼– Ð ™ D ¥½ + ËÓ ü t s  í ß – oÓ ü t{ 9   â Ä º F    ½ + Ë r

 í ß –™ è ‘   o (oxygen vacancy) Ò q tl €   Ó ü t| 9 _  : £ ¤$ í 1

p

x`  ¦ $  r v   H " é ¶ “  s  ÷ &Ù ¼– Ð ~ à Ì} Œ • ] j Œ •r   H í ß –™ è ì  r 0 Al \ " f 7 £ x‚ à Ì`  ¦ >   ) a  .

]

j Œ •÷ &# Q”   ZnGa 2 O 4 :Mn ²⁺ + þ AF  g ^ ‰ ~ à Ì} Œ •_  ½ ¨› ¸ü <   

&

ñ $ í `  ¦ › ¸  l  0 A # Œ X-‚    r] X (Philips, X’Pert) z  ´ +

« >`  ¦ ' Ÿ  % i “ ¦, ³ ð€  _  p [ j½ ¨› ¸  H atomic force mi- croscopy (AFM : Digital Instrument, MutimodeTM SPM)`  ¦  6   x # Œ 8 £ ¤& ñ % i  . ZnGa ² O 4 :Mn ²⁺ + þ AF  g

^

‰ ~ à Ì} Œ •_  µ 1 ÏF  g Û ¼& 7 ˜à Ô! 3 “ É r LS50B luminescence spec- trophotometer(Perkin Elmer)\  ¦  6   x # Œ z  ´“ : r \ " f 8 £ ¤

&

ñ % i  . 8 £ ¤& ñ “ É r " é ¶+ þ A cell holder\  € ª œ€   tape\  ¦  6   x 

#

Œ ] j Œ •÷ &# Q”   ~ à Ì} Œ •`  ¦  ҂ Ã Ì % i “ ¦, Xenon Ï þ ›á Ô\  ¦ F  g " é ¶ Ü

¼– Ð # Œ 232 nm_    © œÜ ¼– Ð # Œl  r (   . s  M :_  µ 1 Ï F 

g   © œ“ É r 200 nm/min_  5 Å q • ¸– Ð 300 ð 700 nm_    © œ

% ò

% i \ " f µ 1 ÏF  g  1 l x`  ¦ › ¸  % i  .

III. ÷ m Ç] M ö+ s ÇÊ Ý õ m Í w Š²  o

Õ

ªa Ë > 1 “ É r ~ à Ì} Œ •`  ¦ 7 £ x‚ Ã Ì l  0 AK " f ] j Œ •÷ &# Q”   ZnGa 2 O 4 :Mn <sup>2+</sup> [ j b ”  ³ ð& h _  XRD pattern`  ¦
  · p

 כ

s  . Õ ªa Ë >\ " f ˜ Ѐ   (111), (220), (311), (222), (400), (422), (511) õ  ° ú  “ É r x ß ¼[ þ t – Ð s À Ò# Q”   Û ¼x 3 A q ZnGa ₂ O 4



  & ñ  © œ`  ¦ + þ A$ í † < Ê`  ¦ · ú ˜ à º e ”  . s ü @\ • ¸ 31.77–, 34.41–, 36.25– Õ ªo “ ¦ 47.53–\ " f # Œì  r_  x ß ¼[ þ t s  Ò q t$ í

÷

&% 3 6 £ §`  ¦ S X ‰ “  ½ + É Ã º e ”   H X < s  x ß ¼[ þ t“ É r [ j b ”  target ] j

›

¸r  6 fµ 1 Ï÷ &  H ZnO_  € ª œ`  ¦ ˜ Ð © œ l  0 AK " f stoichiom- etry ô  Ç $ í ì  r q ˜ Ð  ´ ú §s  ' ‘  % i l  M :ë  H \  Ò q t$ í ÷ &# Q”  

Õ

ªa Ë > 1. ZnGa ₂ O ₄ :Mn ²⁺ + þ AF  g ^ ‰ [ j b ”  target_  XRD + þ

AI .

Õ

ªa Ë > 2. ZnGa 2 O 4 :Mn ²⁺ + þ AF  g ^ ‰ [ j b ”  target_  PL :

£

¤$ í .

ZnO_  XRD x ß ¼e ” `  ¦ · ú ˜ à º e ”  . ¢ ¸ô  Ç 35.73–\ " f
 

  H (311) x ß ¼ ZnGa ² O 4 :Mn ²⁺ [ j b ”  ³ ð& h \  e ” # Q Å

Ò x ß ¼– Ð  Œ •6   x† < Ê`  ¦ S X ‰ “  ½ + É Ã º e ”   H X < ZnGa 2 O ₄ ì  r´ ú ˜_ 

 â

Ä º XRD pattern_  Å Ò x ß ¼  H (311) €  \ " f
 
 9, s

 Qô  Ç   & ñ ½ ¨› ¸\ " f + þ AF  g ^ ‰– Ð" f_  : £ ¤$ í s  Ä ºÃ ºô  Ç  כ Ü ¼

–

Ð · ú ˜ 94 R e ” “ ¦ ‘ : r z  ´+ « >\ " f ] j Œ •ô  Ç ZnGa 2 O 4 [ j b ” _ 

 â

Ä º• ¸ ì  r´ ú ˜_   â Ä ºü < ° ú  “ É r   õ \  ¦ ˜ Ðe ” `  ¦ · ú ˜ à º e ”  .

Õ

ªa Ë > 2   H ~ à Ì} Œ •`  ¦ 7 £ x‚ Ã Ì l  0 Aô  Ç ³ ð& h Ü ¼– Ð  6   x l  0 A K

 1050 ^◦ C \ " f 3 r ç ß – ™ è   # Œ % 3 “ É r ZnGa 2 O 4 :Mn ²⁺

+ þ

AF  g ^ ‰ [ j b ” `  ¦ 232 nm_   ü @‚  Ü ¼– Ð # Œl  r &  z  ´

“

: r \ " f 8 £ ¤& ñ ô  Ç µ 1 ÏF  g Û ¼& 7 ˜à Ô! 3 `  ¦
  · p  כ s  . Zn Ga ₂ O ₄ :Mn ²⁺ + þ AF  g ^ ‰  H Mn ²⁺ \  _ K  505 nm   © œ\ " f 0

l

qÒ  o µ 1 ÏF  g`  ¦
 ? /  H : £ ¤$ í `  ¦ t “ ¦ e ”   [4,5]. Õ ªa Ë >

\

" f ˜ Ѐ   ZnGa ₂ O ₄ :Mn ²⁺ + þ AF  g ^ ‰ [ j b ” “ É r 470 nm – ÐÂ Ò '

 580 nm t _    © œ % ò % i \ " f F  g`  ¦ ~ ½ ÓØ  ¦   H Û ¼& 7 ˜à Ô

!

3 `  ¦
 ? /“ ¦ e ” “ ¦, 508 nm \ " f þ j@ / x ß ¼° ú כ`  ¦ ˜ Ðs “ ¦ e ”

 . ‘ : r ƒ  ½ ¨\ " f  H 0 A\ " f 8 £ ¤& ñ ô  Ç ZnGa 2 O 4 :Mn ²⁺ ³ ð

&

h \  @ /ô  Ç   õ \  ¦  „ ½ ÓÜ ¼– Ð + þ AF  g ^ ‰ ~ à Ì} Œ • ] j Œ •r _    É r

›

¸| “ É r    o\ O s  7 £ x‚ Ã Ì “ : r • ¸ë ß –    o % i `  ¦  â Ä º 7 £ x‚ Ã Ì “ : r

•

¸_  % ò † ¾ Ó\  › ' aô  Ç : £ ¤$ í `  ¦ › ¸  l  0 AK  7 £ x‚ Ã Ì “ : r • ¸    o

\

   É r   & ñ ½ ¨› ¸ x 9  µ 1 ÏF  g : £ ¤$ í \  › ' a K  › ¸  % i  .

Õ

ªa Ë > 3 “ É r í ß –™ è ì  r· ú š 100 mTorr \ " f 7 £ x‚ Ã Ì “ : r • ¸\  ¦

 

 or v  9(500 ^◦ C, 600 ^◦ C, 700 ^◦ C) \  MgO(100) l  ó

ø Í0 A\  7 £ x‚ à Ìô  Ç ZnGa 2 O 4 :Mn ²⁺ + þ AF  g ^ ‰ ~ à Ì} Œ •[ þ t_  XRD pattern s  . Õ ªa Ë >\ " f ˜ Ѐ   7 £ x‚ Ã Ì “ : r • ¸    o\  › ' a > \ O s  MgO l ó ø Í  ^ ‰_  y © œô  Ç  r] X  x ß ¼ M :ë  H \  ~ à Ì} Œ • ? /_    É r



r] X  x ß ¼_  ß ¼l   H  © œ@ /& h Ü ¼– Ð B Ä º €  • > 
 
“ ¦ e ”

 . : £ ¤ y  44–   H~ ½ Ó\ " f  H MgO(200) l ó ø Í_  €  ~ ½ ӆ ¾ Óõ 

ê ø Íô  Ç ZnGa ₂ O 4 (400) x ß ¼ › ' a¹ 1 ÏH † d`  ¦ S X ‰ “   % i  . s  Õ

ªa Ë > 3. 7 £ x‚ Ã Ì “ : r • ¸    o\    É r ZnGa 2 O 4 :Mn ²⁺ + þ AF  g ^ ‰

~ Ã

Ì} Œ •_  XRD + þ AI .

 כ

“ É r MgO l ó ø Íõ  ZnGa 2 O 4 (a = 0.8335 nm)_    & ñ ½ ¨

›

¸ ° ú  “ É r Cubic ½ ¨› ¸\  ¦ t “ ¦ e ” “ ¦, lattice mismatch

MgO (a = 0.4211 nm) l ó ø Í\  @ /K " f 1 % s ? /– Ð B Ä º



Œ •  ZnGa ² O 4 :Mn ²⁺ + þ AF  g ^ ‰ ~ à Ì} Œ • $ í  © œr  MgO l ó ø Íõ 

° ú

 “ É r €   ~ ½ ӆ ¾ ÓÜ ¼– Ð epitaxial >  $ í  © œô  Ç   õ – Ð # Œ ”  



. : £ ¤ y  7 £ x‚ Ã Ì “ : r • ¸ 600 ^◦ C s  © œs  ÷ &€   500 ^◦ C \ " f  H

 
t  · ú §  H 30–   H~ ½ Ó_  Ga 2 O 3 (400) x ß ¼ › ' a¹ 1 Ï÷ &  H X

< s    õ   H Ga 2 O ₃ ˜ Ð   H ZnO   © œ@ /& h Ü ¼– Ð 7 £ x l · ú š s

 Z  } l  M :ë  H \  500 ^◦ C s  © œ_  7 £ x‚ Ã Ì “ : r • ¸\ " f Ò'  ZnO _

 6 fµ 1 Ïs  Ò q t 
 è ß –   õ  “ ¦ Ò q ty Œ •÷ &# Qt  9 Lee 1 p x [4] s  µ 1 ϳ ðô  Ç 500 ^◦ C s  © œ_  7 £ x‚ Ã Ì “ : r • ¸\ " f Ga 2 O 3 x ß ¼

 › ' a¹ 1 Ï÷ &# Q& ’ “ ¦, 7 £ x‚ Ã Ì “ : r • ¸ Z  }  | 9 à º2 Ÿ ¤ s  x ß ¼_  y © œ

•

¸ [ j# Qt “ ¦  © œ@ /& h Ü ¼– Ð ZnGa 2 O ₄ (400) x ß ¼_  [ jl 

 €  •K ”     H   õ ü < { 9 u † < Ê`  ¦ S X ‰ “   % i  .

Õ

ªa Ë > 4. 7 £ x‚ Ã Ì “ : r • ¸    o\    É r ZnGa 2 O 4 :Mn ²⁺ + þ AF  g ^ ‰

~ Ã

Ì} Œ •((a) 500, (b) 600, (c) 700 ^◦ C) _  AFM  ”  .

Õ

ªa Ë > 4   H í ß –™ è ì  r· ú š`  ¦ 100 mTorr – Ð “ ¦& ñ r v “ ¦ l  ó

ø Í “ : r • ¸\  ¦    or v €  " f MgO(100) l ó ø Í0 A\  7 £ x‚ à Ìô  Ç ZnGa 2 O 4 :Mn ²⁺ + þ AF  g ^ ‰ ~ à Ì} Œ •_  AFM  ”  s  . 7 £ x‚ Ã Ì “ : r

•

¸\    " f ³ ð€   + þ A © œs   Ø Ô>  + þ A$ í ÷ &% 3 6 £ §`  ¦ S X ‰ “  ½ + É Ã

º e ”  . 500 ^◦ C _   â Ä º,  " é ¶ + þ AI _  grain[ þ t s  + þ A$ í ÷ &

%

3 “ ¦, 600 ^◦ C _   â Ä º  H  y Œ •+ þ A + þ AI _  grain[ þ t s  + þ A$ í ÷ &

%

3 Ü ¼ 9 grain ß ¼l • ¸ 500 ^◦ C \  q K  ß ¼>  + þ A$ í ÷ &% 3 6 £ §`  ¦

·

ú ˜ à º e ”  . 700 ^◦ C _   â Ä º  H ç  H X <ç  H X <  y Œ •+ þ A + þ AI _  grain[ þ t s  ˜ Ðs l   H 
 „  ^ ‰& h Ü ¼– Ð Y >  > h_  grain[ þ t s 

"

f– Ð % í  · ¡ ­“ É r + þ AI \  ¦ ˜ Ðe ” `  ¦ · ú ˜ à º e ”  . : £ ¤ y  600 ^◦ C

\

" f $ í  © œô  Ç ~ à Ì} Œ •s  € ª œ  ñô  Ç   & ñ + þ AI \  ¦ ° ú   H  © œ[ þ t`  ¦ + þ A

$ í

% i 6 £ §`  ¦ S X ‰ “  ½ + É Ã º e ”  .

ZnGa ₂ O ₄ + þ AF  g ^ ‰ ~ à Ì} Œ •_  PL y © œ• ¸  H ~ à Ì} Œ •_  $ í  © œ › ¸|  7

£ ¤ target + þ AI ü < í ß –™ è ì  r· ú š x 9  7 £ x‚ Ã Ì “ : r • ¸\  ´ ú §“ É r % ò † ¾ Ó`  ¦

~ Ã

΍  H  . Å Ò3 l q K  ½ + É  כ “ É r s  › ¸| [ þ t s  $ í ì  r q Ö  ¦ Zn/Ga

\

 ´ ú §“ É r % ò † ¾ Ó`  ¦ Šғ ¦ ¢ ¸ô  Ç Zn/Ga_  q Ö  ¦ \    " f + þ AF  g

^

‰ ~ à Ì} Œ •_  PL : £ ¤$ í s  ý aÄ º  ) a  “ ¦ · ú ˜ 94 R e ”  . [4].

Õ

ªa Ë > 5   H 7 £ x‚ Ã Ì “ : r • ¸    o\    É r MgO(100) l ó ø Í0 A

\

 7 £ x‚ à Ì÷ &# Q”   Mns  ' ‘   ) a ZnGa ₂ O ₄ + þ AF  g ^ ‰ ~ à Ì} Œ •_  PL : £ ¤$ í s  . + þ AF  g ^ ‰ ~ à Ì} Œ •“ É r 509 nm_  ×  æd ”  x ß ¼\  ¦  t

€  " f 465 nm\ " f 570 nm t _  Û ¼& 7 ˜à Ô! 3  % ò % i \ " f Mn ²⁺ \  @ /ô  Ç µ 1 ÏF  g x ß ¼\  ¦ ˜ Ðs “ ¦ e ” “ ¦, 7 £ x‚ Ã Ì “ : r • ¸   

 o\    " f µ 1 ÏF  g F  g • ¸_  [ jl    É r + þ AI \  ¦
 Í Ç r`  ¦

·

ú ˜ à º e ”  . : £ ¤ y  600 ^◦ C \ " f 7 £ x‚ à Ì÷ &# Q”   + þ AF  g ^ ‰ ~ à Ì} Œ • Õ

ªa Ë > 5. 7 £ x‚ Ã Ì “ : r • ¸    o\    É r ZnGa 2 O ₄ :Mn ²⁺ + þ AF  g ^ ‰

~ Ã

Ì} Œ •_  PL : £ ¤$ í .

_

  â Ä º  © œ Ä ºÃ ºô  Ç PL : £ ¤$ í `  ¦
 ? /% 3  . Lee 1 p x“ É r Zn s   Ò7 á ¤ô  Ç ~ à Ì} Œ •\ " f stoichiometricô  Ç ~ à Ì} Œ •˜ Ð   H 8 A

#

Qè ß – PL : £ ¤$ í `  ¦
  · p “ ¦ ˜ Г ¦ % i   [4]. ¢ ¸ô  Ç Yuü <

Lin • ¸ Zns   Ò7 á ¤ô  Ç ZnGa 2 O 4 + þ AF  g ^ ‰ ~ à Ì} Œ •\ " f 8 A# Qè ß – cathodoluminescence : £ ¤$ í `  ¦ t “ ¦ Ga Zn˜ Ð  ´ ú §6 £ § Ü

¼– Ð “  K " f µ 1 ÏF  g \  e ” # Q" f Zn-site\  e ”   H Ga \  _ K  f  ¨ Ã

º { 9 # Q
" f Õ ª \  -t  Mn ²⁺ \  ¦ # Œl r †   “ ¦ ˜ Г ¦

% i   [5].

Lee 1 p x_  ƒ  ½ ¨   õ  [4]ü < q “ §Ù þ ¡`  ¦ M : XRD data_   â Ä

º 500 ^◦ C \ " f  H ZnGa 2 O 4 (400) \  @ /ô  Ç é ß –{ 9  x ß ¼ë ß –
 


“ ¦ e ” “ ¦ 600 ^◦ C ü < 700 ^◦ C \ " f 7 £ x‚ à Ì÷ &# Q”   + þ AF  g ^ ‰

~ Ã

Ì} Œ •\  e ” # Q" f ZnGa ² O 4 (400) \  @ /ô  Ç x ß ¼ ÷  r ë ß –  m   Ga ₂ O ₃ x ß ¼• ¸ † < Êa  / B N” > r   H X < s [ þ t ×  æ \ " f : £ ¤ y  600

◦ C _   â Ä º ZnGa ² O 4 (400) \  @ /ô  Ç x ß ¼_  y © œ• ¸  © œ [

j> 
 
“ ¦ e ” “ ¦ ¢ ¸ô  Ç 30–Â Ò   H_  Ga 2 O 3 x ß ¼ † < Êa 

”

> r F    H   õ – Ð p À Ò# Q ˜ Ð  zinc gallate_  + þ AF  g s  Õ ª

 

& ñ _  ½ ¨$ í $ í ì  r“   Znü < Ga_  › ¸$ í q \  B Ä º   y Œ ™ > 

 

 oô  Ç   H ˜ Г ¦ü < ¸ ú ˜ { 9 u † < Ê`  ¦ · ú ˜ à º e ”  . ¢ ¸ô  Ç,   É r l

ó ø Í “ : r • ¸ \ " f Znü < Ga_  q  " f– Ð  2 £ § Ü ¼– Ð “  K " f ZnGa ₂ O ₄ :Mn ²⁺ + þ AF  g ^ ‰ ~ à Ì} Œ •_  + þ AF  g \   H % ò † ¾ Ó`  ¦ Šҍ  H

 כ

Ü ¼– Ð K $ 3 ½ + É Ã º e ” “ ¦,     ? /\ " f Zn_  6 fµ 1 ϖ Ð “  K 

"

f q # Qe ”   H  €  ^ ‰ Zn  o \   8 ´ ú §“ É r Mn ²⁺ _  u  ¨ 8 Š`  ¦

0 p x >  Ù ¼– Ð Õ ª   õ – Ð" f PL y © œ• ¸ 7 £ x ÷ &# Qt   H

 כ

Ü ¼– Ð Ò q ty Œ •½ + É Ã º e ”  .

IV. + s Ç Â ] Ø

‘

: r ƒ  ½ ¨\ " f  H “ ¦ © œ ì ø Í6 £ xZ O Ü ¼– Ð ] j Œ •ô  Ç [ j b ”  ³ ð& h  Ü

¼– Ð í ß –™ è ì  r· ú š`  ¦ 100 mTorr – Ð “ ¦& ñ r v “ ¦ l ó ø Í “ : r • ¸\  ¦

 

 or &  9 MgO(100) l ó ø Í0 A\  ` O Û ¼Y Us $  7 £ x‚ à ÌZ O `  ¦



6   x # Œ Mns  ' ‘   ) a ZnGa 2 O 4 + þ AF  g ^ ‰ ~ à Ì} Œ •`  ¦ $ í  © œr  ( 

 .

Mn s  ' ‘   ) a ZnGa 2 O 4 [ j b ”  ³ ð& h _  XRD pattern“ É r ì

 r´ ú ˜_   â Ä ºü < ° ú  “ É r (311) x ß ¼\  ¦ Å Ò x ß ¼– Ð f ” `  ¦ S X ‰ “  

½ +

É Ã º e ” % 3 Ü ¼ 9, + þ AF  g ^ ‰ [ j b ” `  ¦ 232 nm_   ü @‚  Ü ¼– Ð

#

Œl  r &  z  ´“ : r \ " f 8 £ ¤& ñ ô  Ç µ 1 ÏF  g Û ¼& 7 ˜à Ô! 3 “ É r 470 nm – Ð Â

Ò'  580 nm t _    © œ% ò % i \ " f F  g`  ¦ ~ ½ ÓØ  ¦   H Û ¼& 7 ˜ à

Ô! 3 `  ¦
 ? /“ ¦ e ” “ ¦, 508 nm \ " f þ j@ / x ß ¼° ú כ`  ¦
  Í Ç

r`  ¦ S X ‰ “   % i  .

Mn s  ' ‘   ) a ZnGa 2 O 4 + þ AF  g ^ ‰ ~ à Ì} Œ •_  XRD pattern“ É r 43–   H~ ½ Ó\ " f ZnGa 2 O ₄ (400) x ß ¼\  ¦ f ” `  ¦ S X ‰ “  ½ + É Ã º e ” 

%

3 Ü ¼ 9, : £ ¤ y  30–   H~ ½ Ó\ " f
 
  H Ga 2 O 3 x ß ¼  H l ó ø Í

“

: r • ¸\    " f Õ ª y © œ• ¸   † < Ê`  ¦ S X ‰ “   % i “ ¦, ¢ ¸ô  Ç 7 £ x‚ à Ì

÷

&# Qt   H “ : r • ¸\    " f Znü < Ga_  q Ö  ¦ s  ² ú ˜ f ” `  ¦ · ú ˜ Ã

º e ” % 3  .

í

ß –™ è ì  r· ú š 100 mTorr\ " f MgO(100)l ó ø Í\  7 £ x‚ à Ìô  Ç Mn s  ' ‘   ) a ZnGa 2 O 4 + þ AF  g ^ ‰ ~ à Ì} Œ •\  @ /K  232 nm_ 

#

Œl  F  g`  ¦  6   x # Œ 8 £ ¤& ñ ô  Ç + þ AF  g Û ¼& 7 ˜à Ô! 3 “ É r l ó ø Í “ : r • ¸

\

 › ' a > \ O s  509 nm   H % ƒ\ " f þ j@ / x ß ¼\  ¦ ° ú “ ¦, 465nm

\

" f 570 nm t _  % ò % i \ " f + þ AF  g Û ¼& 7 ˜à Ô! 3 `  ¦ t  9, l

ó ø Í “ : r • ¸\  _ ” > r   H  ⠆ ¾ Ó`  ¦ ˜ Ð% i “ ¦, 7 £ x‚ Ã Ì “ : r • ¸ 600

◦ C { 9  M :_  r « Ñ   & ñ $ í s  € ª œ  ñ “ ¦ XRD  r] X  z  ´ +

« >\ " f• ¸  © œ Z  }“ É r MgO(100) €  õ 
ê ø Í >  $ í  © œô  Ç ZnGa ₂ O ₄ (400) x ß ¼\  ¦
 ? /l  M :ë  H \  + þ AF  g Û ¼& 7 ˜à Ô! 3  _

 y © œ• ¸  © œ Z  } > 
 z Œ ™`  ¦ S X ‰ “   % i  .

Y c

p w Š à U Ø ”  ô

[1] I. K. Jeong, H. L. Park and S. I. Mho, Solid State Comm. 108, 823 (1998).

[2] S. K. Choi, H. S. Moon, S. I. Moh, T. W. Kim and H. L. Park, Mat. Res. Bull. 33, 693 (1998).

[3] L. E. Shea, R. K. Datta and J. J. Brown Jr., Appl.

Phys. Lett. 141, 2198 (1994).

[4] Y. E. Lee, David P. Norton and Jhon D. Budai , Appl.

Phys. Lett. 74, 3155 (1999).

[5] C. F. Yu and P. Lin, Jpn. J. Appl. Phys. 35, 5726 (1996).

[6] Z. Yan, M. Koike and H. Takei, J. Cryst. Growth.

165, 183 (1996).

[7] T. Minami, Y. Kuroi and S. Dakata, J. Vac. Sci.

Technol. A 14, 1736 (1996).

Luminescence Characteristics of Pulsed-laser-deposited Mn-doped ZnGa ₂ O ₄ Thin Film Phosphors

Jong Seong Bae, Byong Kee Moon, Jong Kyu Lee and Jung Hyun Jeong Deparment of Physics, Pukyong National University, Pusan 608-737

Soung Soo Yi

Department of Photonics, Silla University, Pusan 617-736

Ill Won Kim

Department of Physics, University of Ulsan, Ulsan 680-749 (Received 3 September 2002, in final form 1 Novemer 2002)

Mn-doped ZnGa

2

O

4

thin film phosphors have been deposited on MgO(100) substrates at sub- strate temperatures of 500, 600, and 700

^◦

C with a fixed oxygen pressure 100 mTorr by using a pulsed laser deposition technique. The films grown at different substrate temperatures have different crys- tallinities and surface morphologies. The brightness of Mn-doped ZnGa

2

O

4

films on MgO(100) substrates increases monotonically with the substrate temperature. In the X-ray diffraction, the Ga

2

O

3

phase is present at a substrate temperature of 600

^◦

C or higher, and the luminescent spec- trum for Mn

²⁺

extends from 465 to 570 nm and peaks at 509 nm. The photoluminescence brightness data obtained from the Mn-doped ZnGa

2

O

4

films strongly depends on the substrate temperature, and the brightness was obtained at a substrate temperature of 600

^◦

C.

PACS numbers: 78.55.-m, 78.66.-w

Keywords: ZnGa

2

O

4

:Mn

²⁺

, Thin film phosphor, Pulsed laser deposition