氧化鋅p-型摻雜新方案和紫外發光器件的有源區設計

《氧化鋅p-型摻雜新方案和紫外發光器件的有源區設計》是依託中山大學，由湯子康擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：氧化鋅p-型摻雜新方案和紫外發光器件的有源區設計
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：湯子康
• 依託單位：中山大學

中文摘要

我們將圍繞實現氧化鋅體系紫外發光二極體的兩大障礙展開技術攻關。一個是提出了一種新的實驗方案尋求突破p-型摻雜這個最大的難題，另外一個是在氧化鋅體系中設計並生長出新的多元化合物，得到適合於紫外發射的有源層的材料。進一步通過最佳化有源層的量子結構設計，從而實現高效率紫外發光器件，為半導體照明提供新的解決方案。

結題摘要

本工作圍繞氧化鋅穩定p-型摻雜及有源層材料設計展開。在高質量ZnO單晶薄膜的生長，基於BeZnO合金的N摻雜熱穩定性研究以及BeMgZnO四元合金的能帶工程方面都取得了顯著的進展。尤其基於合金能帶工程的有源層材料設計，獲得了5.14eV的頻寬，超過文獻報導的最好水平。首先我們採用金屬Mg作為緩衝層，在藍寶石襯底上外延生長並獲得了高質量ZnO單晶薄膜。X射線衍射測試顯示半高寬為137弧秒，室溫下霍爾測試顯示背景載流子濃度為～10-16/cm-3。在此基礎上，我們發現少量Be的合金化，能夠大大提高受主元素N的在體相材料中的熱穩定性，得到穩定的弱p型導電ZnO薄膜。但是在採用BeZnO合金調節材料能帶的時候，我們發現了其薄膜晶體生長視窗窄，同時伴有組分相分離的趨勢。我們通過理論計算也發現Be組分為~50%時BeZnO合金形成能極大而不能穩定存在。但是實驗發現與理論計算都證實，摻入適量的Mg會極大的降低BeZnO合金的形成能。以此為指導，實驗上進一步發現Mg和Be有互相穩定的作用，Be能抑制MgZnO的結構相分離，而Mg能抑制Be的組分相分離。二者結合得到結構穩定的MgBeZnO四元合金晶體，並可實現從紫外到日盲區能帶連續可調同時維持體系六方晶體結構不變。最後，我們研究了BeZnO作為勢壘層對BeZnO/ZnO多量子阱載流子注入的影響，發現BeZnO作為勢壘層，能夠有效的將載流子束縛在ZnO勢阱中，提高載流子注入效率。