高性能氧化锌基发光器件研究

点击次数: 更新时间:2015-10-02 18:46     来源:http://www.ruilaibao.com/ 【关闭
       氧化锌(ZnO)是一种具有60meV激子结合能的直接宽禁带半导体材料,其带边发射为3.37eV,因为其室温下激子可以稳定存在,并且激子相关的发光效率在理论上比普通的电子空穴等离子效率高,多年来一直作为一种新型高效率发光材料而被广泛关注,而氧化锌的纳米结构:纳米线、量子点、纳米管等易于合成,其相关的发光器件也被大量研究,尤其是纳米线基发光器件取得了大量的新进展。
氧化锌
      但是ZnO纳米线发光器件距离应用还面临着诸多问题,本文基于这些问题展开了研究,取得的主要结果如下:(1) p-n结器件是实现高效氧化锌发光器件的最优选择,但是长久以来,困扰p-n结器件的最大问题就是同时具备高空穴浓度,高迁移率的p型氧化锌一直没有研制成功。基于此问题,通过采用MIS结构,实现了高结晶质量的纳米线阵列的高强度(3.7w)发光二极管,研究结果证明了c轴取向性一致的氧化锌纳米线可以替代薄膜实现高效的发光器件。(2)高结晶质量的氧化锌材料是实现高效氧化锌发光器件的基础,但是难于获得。对于氧化锌薄膜材料来说,由于与传统衬底(蓝宝石,硅)的晶格失配较大,很难形成单晶薄膜,而氧化锌单晶衬底的造价过于昂贵,无法在应用中广泛使用。这些都为高结晶质量的氧化锌材料的制备造成了困难。基于此问题,通过优化MOCVD的生长工艺,制备了高结晶质量的氧化锌单晶纳米线阵列,其c轴取向性一致,可以取代薄膜作为高效发光材料,在高质量的氧化锌纳米线的基础上制备了Au/MgO/ZnO的异质结,实现氧化锌纳米线的电泵浦随机激光现象。(3)高效的氧化锌的带边发射是实现高效自由激子相关的基础,但是缺陷相关的发光多数占主导,这导致了器件的禁带发光较弱,器件的寿命较短。基于此问题,通过利用能带工程,利用氧锌镁和氧化锌异质结对载流子输运的限制,获得了完全由氧化锌带边发射为主体的发光器件,在有效的抑制了缺陷相关的发光同时,实现了长寿命(20多小时),纯紫外发光二极管。这证明了氧锌镁与氧化锌异质结器件的载流子限制优势,为实现高效的氧化锌带边发射提供了借鉴。
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