光致螢光是一種以光子做為能量來源的螢光機制，其發光原理是利用光子能 量大於能隙的入射光，將樣品上的電子由價帶(valence band)激發至傳導帶內的激 發態，留下一個電洞(hole)，在激發態上的電子再經由非輻射緩解(nonradiative relaxation)降至導帶(conduction band)底部，接著再與電洞結合的過程中釋放出螢 光，圖 2-12 是其發光機制示意圖。
圖 2-12 PL 發光機制[16]
對發出的螢光作分類，則可分成本質發光(intrinsic emissions)與非本質發光 (extrinsic emissions)，本質發光是來自於樣品本身的特性，非本質發光是來自於 摻雜物的影響與樣品結構缺陷上的發光。以下對這兩種發光略作簡介，其中缺陷 發光部份留待下節說明：
一、本質發光
1.導帶到價帶發光(band to band, BB)
由導帶底部的電子與價帶頂部的電洞結合所放出的螢光，其能量就是材料的能隙 (band gap)。
2.自由激子發光(free exciton, FX)
電子與電洞之間因庫倫力吸引在一起形成激子，而產生激子能階，位於此能階的 電子與電洞結合後放出螢光的機制就是自由激子發光，氧化鋅在價帶就存在三個 自由激子能階。
二、非本質發光
1.束縛激子發光(bound exciton, BX)
自由激子和摻雜物之間產生交互作用形成束縛激子，其能階與激子能階之間有些 微差異，此能階形成的螢光即為束縛激子發光。
2.施子能階對電洞發光(donor level to hole, Doh)
材料因摻雜物而在導帶下方形成施子能階，施子能階上的電子與價帶電洞的結合 形成此發光。
3.電子對受子能階發光(electron to acceptor level, eAo)
材料因摻雜物而在價帶上方形成受子能階，導帶電子與授子能階上的電洞的結合 形成此發光。
4.施子受子對發光(donor acceptor pair, DoAoP)
施子能階與受子能階上的電子電洞對結合形成的發光。[31]
圖 2-13 各種發光機制示意圖
2.5.2 氧化鋅發光機制
本論文的氧化鋅成長在藍寶石基板(0001)上，為六角晶系纖鋅礦結構，結構 上是由氧與鋅原子所構成，其缺陷有下列幾種：
1.氧空缺(oxygen vacancy, Vo)：應該要有氧原子的位置少了氧原子。
2.鋅空缺(zinc vacancy, VZn)：應該要有鋅原子的地方少了鋅原子。
3.氧間隙(oxygen interstitial, Oi)：原本沒有原子的位置多了氧原子。
4.鋅間隙(zinc interstitial, Zni)：原本沒有原子的位置多了鋅原子。
5.氧錯位(oxygen antisite, OZn)：鋅原子位置被氧原子取代。
6.鋅錯位(zinc antisite, ZnO)：氧原子位置被鋅原子取代。
各種缺陷都有其帶的價數，與對材料物理性質的影響，像氧空缺、鋅間隙與鋅錯 位在材料中的行為就類似於施子，電荷數在 0 ~ +2 之間，鋅空缺與氧間隙在材料 中類似於受子，電荷數在 0 ~ -2 之間，下圖列出各缺陷示意圖，每張圖看的方向 皆為垂直於 c 軸的方向：
圖 12-4 氧化鋅各種缺陷示意圖
(a)電中性的氧空缺(b)帶負電的鋅空缺(c)氧間隙(d)鋅間隙(e)氧錯位(f)鋅錯位[32]
這些缺陷大部份會產生螢光，回顧性文獻指出與鋅空缺相關的螢光能量可能為 2.5、3.06eV，鋅間隙為 2.9、3.31eV，氧錯位為 2.38eV，氧間隙為 2.28、2.96eV，
氧空缺為 1.62、2.3eV。[33,34]
圖 2-15 氧化鋅缺陷能階圖[33]