非極性面ZnO/ZnCdO量子阱結構LED外延材料生長與器件製備研究

《非極性面ZnO/ZnCdO量子阱結構LED外延材料生長與器件製備研究》是依託華中科技大學，由戴江南擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：非極性面ZnO/ZnCdO量子阱結構LED外延材料生長與器件製備研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：戴江南
• 依託單位：華中科技大學

中文摘要

ZnO在製備藍紫發光二極體（LED）、紫外半導體雷射器等方面具有重要套用前景。目前沿傳統極性軸c方向生長的ZnO材料與器件還存在p型摻雜困難、量子阱結構LED發光效率受自發極化和壓電極化效應影響嚴重等問題。本課題擬採用MOCVD技術，以晶格匹配度高的非極性面a-GaN/r-Al2O3模板為襯底，並結合凹槽圖案化橫向外延生長技術，進行高質量非極性a面ZnO薄膜及其ZnO/ZnCdO量子阱結構的生長研究。非極性面的選取，既可為ZnO薄膜的 p型摻雜問題提供可能的解決途徑，又可消除極化效應對ZnO基量子阱結構LED發光效率等的不利影響。通過最佳化非極性面ZnO薄膜生長參數、n型與p型摻雜工藝、ZnO/ZnCdO量子阱結構生長以及歐姆接觸電極製作工藝等，同時深入研究材料與器件質量提升過程中如量子限制Stark效應等基本物理問題，最終研製出基於非極性面ZnO/ZnCdO量子阱結構的LED發光器件。

結題摘要

ZnO在製備藍紫發光二極體（LED）、紫外半導體雷射器等方面具有重要套用前景。目前沿傳統極性軸c方向生長的ZnO材料與器件還存在p型摻雜困難、量子阱結構LED發光效率受自發極化和壓電極化效應影響嚴重等問題。本課題基於目前極性面ZnO基LED中存在的問題進行非極性面材料學研究。首先通過MOCVD脈衝原子層沉積結合圖案化藍寶石襯底技術，獲得了表面平均粗糙度（RMS）為1.2 nm，（11-20）XRC半高寬僅為0.19°，位錯密度為1E7 cm-2的a-GaN薄膜。在此基礎上，對其表面進行進行凹槽圖案化，並以此為模板進行a-ZnO薄膜的不同生長溫度下的生長研究。研究表面，隨著生長溫度的升高，ZnO薄膜表面逐漸改善，當生長溫度為600℃時，得到了結構緻密、單一取向的a面ZnO薄膜。最後採用PLD技術，在a-GaN/r-sapphire模板上進行了勢壘層a-MgZnO的材料生長研究，獲得了Mg含量為12 at%，RMS為3.536 nm，XRC半高寬沿c方向為0.316°，沿m方向為0.6°的a-MgZnO薄膜。該結果已達到國際水平。