缺陷對氧化鋅激子發光效率的影響機制

《缺陷對氧化鋅激子發光效率的影響機制》是依託浙江大學，由何海平擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：缺陷對氧化鋅激子發光效率的影響機制
• 依託單位：浙江大學
• 項目負責人：何海平
• 項目類別：面上項目

項目摘要

寬頻隙半導體ZnO具有激子束縛能高等優點，可望獲得高效激子發光和低閾值激射，在薄膜和納米發光器件方面均有廣闊的套用前景。但由於缺陷發光和非輻射複合中心的影響，實際ZnO材料激子的室溫發光內量子效率不高，其影響機理還有待深入研究。本項目擬以分子束外延(MBE)和金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)等方法生長的高質量ZnO薄膜和納米結構為研究對象，針對ZnO中非輻射複合中心指認以及3.31eV(A線)發光起源這兩個關鍵科學問題，通過對鋅空位等點缺陷以及層錯等擴展缺陷的識別和控制，深入研究缺陷對ZnO室溫激子發光效率的影響規律，指認缺陷非輻射複合中心，闡明層錯缺陷對A線發光的影響機制，揭示激子在缺陷處的複合動力學過程。在此基礎上，最佳化生長工藝，製備低缺陷密度ZnO薄膜和納米結構，提高室溫激子發光的內量子效率。本項目研究將豐富ZnO發光的知識體系，具有重要的科學意義和潛在套用價值。

結題摘要

寬頻隙半導體ZnO具有激子束縛能高等優點，可望獲得高效激子發光和低閾值激射，在發光器件方面具有廣闊的套用前景。但由於缺陷發光和非輻射複合中心的影響，實際ZnO材料激子的室溫發光內量子效率不高，因此必須深入研究其影響機理。本項目以高質量ZnO單晶、薄膜和一維納米結構為研究對象，針對ZnO中3.31eV(A線)發光起源和非輻射複合中心指認這兩個關鍵科學問題，通過對鋅空位等點缺陷的識別和控制，深入研究了缺陷對ZnO室溫激子發光效率的影響規律，取得了如下主要結果：（1）確定了A線發光的物理起源是自由激子一級聲子伴線和自由電子到層錯的躍遷這兩種機制的競爭，且這種競爭關係強烈依賴於溫度；（2）發現和指認了InZn-VZn複合體等若干種點缺陷，闡明了這些點缺陷的電子態和光躍遷機制，推斷鋅空位相關缺陷是一種非輻射複合中心；（3）系統研究了ZnO中激子的複合動力學過程，揭示了激子局域、激子-聲子耦合等輻射與非輻射複合通道；運用摻雜、離子注入等方法，調控雜質和缺陷密度，探索了提高ZnO激子發光內量子效率的途徑，將室溫內量子效率最高提高到40%以上。本項目研究豐富了ZnO發光和缺陷物理的知識體系，為ZnO基發光器件的性能提升提供了科學依據和可能途徑，具有重要的科學意義和潛在套用價值。