《ZnO發光二極體研製與發光效率提升機制研究》是依託浙江大學，由葉志鎮擔任項目負責人的重大研究計畫。
基本介紹
- 中文名：ZnO發光二極體研製與發光效率提升機制研究
- 依託單位：浙江大學
- 項目負責人：葉志鎮
- 項目類別：重大研究計畫
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目針對ZnO發光二極體（LED）研製和發光效率提升機制，採用MOCVD、MBE方法製備Na摻雜ZnO單晶薄膜；同時引入合適元素(Mg等)對能帶結構、Na受主能級、近鄰配位和局部應變進行調控，抑制本徵施主補償、降低受主能級、提高受主摻雜量和穩定性；並採用輔助摻雜劑H提高Na受主替代比，進一步提高空穴濃度和p型穩定性。通過最佳化工藝實現界面原子級精控，外延生長高質量ZnO/ZnMgO多量子阱；通過多量子阱組分和帶階設計，高效限制載流子，提高發光內量子效率。設計合適LED結構、多層金屬p型歐姆接觸，構築注入和出光效率一致最佳化ZnO-LED晶片體系。本項目從ZnO基薄膜生長、p型摻雜技術（包括鈉MO源）、能帶調控到LED器件結構設計及製備，整個流程都具有自主智慧財產權，為今後深入研究和產業化奠定基礎。該項目研究為面向能源半導體節能白光照明技術發展提供新材料和新器件體系，具有重要科學意義和實用價值。
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，在短波長發光方面具有廣闊的套用前景。但由於穩定p型摻雜很難獲得，ZnO激子發光效率受缺陷等多種非輻射複合過程影響，ZnO-LED的發光性能還有很大的提升空間。本項目針對ZnO-LED研製及發光效率提升這兩個關鍵科學問題，利用分子束外延方法生長出晶體質量和光學質量都很高的ZnO,ZnMgO薄膜及ZnO/ZnMgO多量子阱結構，為高效發光提供材料基礎。主要選取Na為受主摻雜劑，通過Be-Mg共摻調控能帶和摻雜引入的應變，提高了p型性能；並深入研究Na摻雜機理及穩定性機制，發現Na受主存在兩個能級新現象，闡明其失活機理是受主向施主轉變，為p型穩定性提供理論依據。系統研究了ZnO中激子複合動力學，探明了影響ZnO激子發光效率的主要因素，並探索了表面等離激元耦合以及離子注入消除鋅空位兩條途徑以提升發光效率，將ZnO材料發光內量子效率最高提高到40%以上。在此基礎上，在pn結中集成ZnO/ZnMgO多量子阱作為發光有源層，研製出性能良好的ZnO-LED器件，在室溫下獲得375 nm紫外帶邊電致發光，為高效發光器件奠定基礎。本項目研究豐富了ZnO摻雜、發光和器件物理的知識體系，為ZnO基發光器件的性能提升提供了科學依據和可行途徑，具有重要的科學意義和潛在套用價值。
