ZnO基新型異質結髮光器件設計、製備及其套用研究

《ZnO基新型異質結髮光器件設計、製備及其套用研究》是依託深圳大學，由呂有明擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：ZnO基新型異質結髮光器件設計、製備及其套用研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：呂有明
• 依託單位：深圳大學

項目摘要

利用雷射脈衝沉積（PLD）和磁控濺射等技術，在p型GaN襯底上製備n型ZnO材料，開展晶體形貌、結晶完整性、電極製備等方面的研究，研製出ZnO基異質pn結髮光器件；開展ZnO異質結構發光器件中發光特性研究，揭示不同載流子注入對發光機理的影響，實現異質pn結器件室溫下高效的電致發光；通過在異質pn結中引入限制層(I)，利用能帶工程理論控制、調節載流子在不同功能層的傳輸和複合，實現來自ZnO層的強的紫外電致發光；通過控制生長條件以及摻雜方法設計製備綠色、紅色的有源層，研究I層組份、厚度以及電流密度等對多層有源層發光的影響，最佳化設計結構，在ZnO異質pn結上獲得全彩色電致發光，並探索實現新型的注入型白光器件的可能性。該項目提出了製備全彩色半導體發光器件的新方法，對於開發我國具有自主智慧財產權的新產品、新技術，研製高效、低成本的半導體照明光源及發展相關的產業具有積極的推動作用。

結題摘要

本項目提出了製備半導體白光發光器件(LED)的新方法，在p型GaN襯底上製備n型ZnO材料，構建異質pn結器件；通過在異質pn結中引入功能層，利用能帶工程理論控制、調節載流子在不同功能層的傳輸和複合，實現不同顏色的電致發光，從而合成獲得白光。 利用等離子輔助分子束外延、雷射脈衝沉積和磁控濺射等技術，開展了在p型GaN襯底上異質外延ZnO基功能層的製備研究，並通過生長動力學、晶體形貌、結晶完整性等方面的研究，探討生長機理；開展了不同生長條件下製備的ZnO薄膜發光性能的研究，對本徵ZnO薄膜中的近帶邊緣發光進行了指證，室溫下ZnO薄膜近帶邊紫外發光歸結為自由激子和自由電子-受主兩種複合躍遷的貢獻，通過對光譜的擬合得出其受主能級約為129meV，並將其歸結為與Zn空位有關的受主態。而室溫下可見發光的研究表明，ZnO綠色發光帶(~530nm) 和黃色發光帶(~560nm)分別與氧空位和氧間隙缺陷有關。研究了缺陷對未摻雜ZnO薄膜的電學參數影響，通過改變生長條件獲得了電阻率在 範圍內變化。開展了p-GaN電極工藝的研究，利用Ni/Au合金實現了良好的歐姆接觸，在此基礎上研製n-ZnO/p-GaN異質pn結髮光器件，在室溫下觀測到了來自p-GaN層的電致發光。研究異質結構中能帶失配對載流子注入、傳輸和複合的影響，利用引入絕緣介質層改善電子、空穴在p區和n區的注入和複合幾率，在室溫下實現了來自ZnO層的電致發光。進一步利用能帶工程最佳化設計結構，利用ZnMgO雙層結構構建的異質結髮光器件，由於雙異質結結構能夠阻擋ZnO的電子進入GaN中，提高了載流子的複合效率，從而實現了ZnO異質結的室溫電致激子發光。實驗表明，室溫下電致發光光譜可以觀測到來自不同功能層的多峰結構，通過調節絕緣層厚度、組份，可以實現對不同功能層發光的強度控制，從而在該結構上實現了白光發射。 總之，通過最佳化設計結構，在ZnO異質pn結上獲得白光LED，該項研究成果屬於新型的注入型白光器件，對於開發我國具有自主智慧財產權的新產品、新技術，研製高效、低成本的半導體照明光源及發展相關的產業具有積極的推動作用。