我国实现蓝宝石衬底ZnO二极管室温电致发光

由中科院长春光机所与厦门大学共同承担的国家自然科学基金重点项目“ZnO基单晶薄膜材料、物性及器件研究”，最近正式通过国家自然科学基金委信息科学部专家组的中期检查验收。该项且在国内率先获得了ZnO同质结的电致发光，并且在国际上首次实现了蓝宝石衬底生长的ZnO二极管室温电致发光，为今后ZnO蓝紫外发光和激光二极管的发展奠定了实验基础。     

ZnO:Al/n-ZnO/p-GaN异质结电致发光特性研究

利用ZnO和GaN材料制备了ZnO:Al/n-ZnO/p-GaN透明电极异质结发光二极管。通过SEM、TEM和荧光光谱对ZnO纳米棒进行了结构表征和发光特性表征。通过半导体特性分析系统和光谱测试技术对ZnO:Al/n-ZnO/p-GaN异质结进行了电致发光性能测试和机理分析。结果表明该器件能产生有效的蓝紫色电致发光,其发光分别来自于n型ZnO、p型GaN以及界面辐射;并且采用ZnO:Al作为透明电极可以提高该器件的出光效率。该异质结可应用于高效率短波发光器件。     

LP-MOCVD法制作n-ZnO/p-Si异质结及其电致发光研究

采用低压-金属有机化学气相沉积法(LP-MOCVD)在(100)p-Si衬底上制备未掺杂n型ZnO薄膜,并制作了相应的n-ZnO/p-Si异质结器件.通过X射线衍射(XRD)、光致发光(PL)光谱和霍尔测试分别研究了所制备薄膜的结构、光学和电学特性.得到具有较高质量的n型ZnO薄膜.在室温条件下,测得了该类异质结器件正向注入电流下可见光和近红外区域的电致发光(EL).     

MgO界面层对n-ZnO纳米棒/p-GaN异质结LED光电性能的影响

为了较好地实现n-ZnO的电致发光(EL),利用水热法在p-GaN外延片上制备了ZnO纳米棒阵列,构造了n-ZnO纳米棒/p-GaN异质结LED原型器件,并研究了MgO界面层对器件光电性能的影响。结果表明,n-ZnO纳米棒/p-GaN异质结器件具有明显的二极管整流效应。室温、正向偏压下,n-ZnO纳米棒/p-GaN异质结LED仅在430nm附近具有单一的发光峰,而n-ZnO纳米棒/MgO/p-GaN异质结LED的电致发光光谱由一个从近紫外到蓝绿光区的宽发光带组成。结合光致发光(PL)谱和Anderson能带模型,深入分析了n-ZnO纳米棒/p-GaN异质结的载流子复合机制。     

波长可调谐聚合膜/无机膜异质结电致发光

针对聚合物电致发光材料缺乏可用的电子型聚合物半导体材料的现状,采用无机电子型半导体材料ZnO∶Zn与空穴型聚合物材料PDDOPV[poly (2,5-bis (dodecyloxy)-phenylenevinylene)]成功制备了结构为ITO/PDDOPV/ZnO∶Zn/Al的异质结双层器件.异质结器件的发光效率与亮度较单层器件提高1个数量级以上.该异质结器件的发光颜色是随着电压的增加而蓝移的,其光致发光光谱也随着激发波长的改变而改变,可能形成了新的发光基团.     

Fabrication and Emission Properties of a n-ZnO/p-GaN Heterojunction Light-Emitting Diode

报道了n-ZnO/p-GaN异质结构发光二极管的制备及其发光特性.采用金属有机气相外延技术在Mg掺杂p型GaN衬底上外延n型ZnO薄膜以形成p-n结.实验发现在一定配比的HF酸和NH4Cl溶液中,腐蚀深度和腐蚀时间呈线性关系,并且二氧化硅和ZnO的腐蚀速率得到很好的控制,这对器件制备的可靠性非常重要.电流-电压(I-V)特性测试显示该器件结构具有明显的整流特性.室温下,在正反向偏压状态下都可用肉眼观察到电致发光现象.同时,通过与光致发光谱进行比较,对电致发光谱中发光峰的起源和发光机制进行了探讨.     

n-ZnO/p-GaN异质结构发光二极管的制备与特性

报道了n-ZnO/p-GaN异质结构发光二极管的制备及其发光特性.采用金属有机气相外延技术在Mg掺杂p型GaN衬底上外延n型ZnO薄膜以形成p-n结.实验发现在一定配比的HF酸和NH4Cl溶液中,腐蚀深度和腐蚀时间呈线性关系,并且二氧化硅和ZnO的腐蚀速率得到很好的控制,这对器件制备的可靠性非常重要.电流-电压(I-V)特性测试显示该器件结构具有明显的整流特性.室温下,在正反向偏压状态下都可用肉眼观察到电致发光现象.同时,通过与光致发光谱进行比较,对电致发光谱中发光峰的起源和发光机制进行了探讨.     

ZnO同质pn结发光二极管研究进展

氧化锌是一种在短波长光电器件领域有巨大应用价值的Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体材料,制备性能优良的ZnO同质结是ZnO在光电器件领域获得应用的关键之一。文章综述了近几年ZnO同质结发光二极管研究进展,详细介绍了各种结构ZnO同质结发光二极管的最新研究成果和存在的问题,并对ZnO同质结发光二极管的发展趋势进行了展望。     

MgZnO/ZnO p-n异质结的制备与特性

通过金属有机化学气相沉积(MOCVD)法在GaAs衬底上制备出了MgZnO/Zn0的p-n异质结,并研究了其I-V特性:开启电压约为3.6V,结特性良好.比较了n型ZnO层与P型MgxZn1-xO层的电阻率、迁移率和载流子浓度.ZnO层的电阻率很小,载流子浓度很大;而Mgxzn1-xO层的电阻率却大幅度的增加,载流子浓度较ZnO层小了一个数量级.通过对其n型与P型层的光致发光(PL)谱的测试发现,ZnO层与Mgxzn1-xO层分别在382和370nm处存在着由自由激子复合而导致的紫外发光峰,为近带边发光.MgxZn1-xO的紫外峰明显弱于ZnO样品的,这是由于MgZnO合金中易形成分相所造成的,所以现阶段其晶体质量还不能与ZnO的相比.另外,两样品在480nm附近都存在着比较弱的深能级发光峰,这是晶体的本征缺陷或其他杂质的引入造成的,并对样品进行了X射线衍射(XRD)谱与电致发光(EL)谱等测试与分析.     

MgZnO/ZnO p-n异质结的制备与特性

通过金属有机化学气相沉积(MOCVD)法在GaAs衬底上制备出了MgZnO/Zn0的p-n异质结,并研究了其I-V特性:开启电压约为3.6V,结特性良好.比较了n型ZnO层与P型MgxZn1-xO层的电阻率、迁移率和载流子浓度.ZnO层的电阻率很小,载流子浓度很大;而Mgxzn1-xO层的电阻率却大幅度的增加,载流子浓度较ZnO层小了一个数量级.通过对其n型与P型层的光致发光(PL)谱的测试发现,ZnO层与Mgxzn1-xO层分别在382和370nm处存在着由自由激子复合而导致的紫外发光峰,为近带边发光.MgxZn1-xO的紫外峰明显弱于ZnO样品的,这是由于MgZnO合金中易形成分相所造成的,所以现阶段其晶体质量还不能与ZnO的相比.另外,两样品在480nm附近都存在着比较弱的深能级发光峰,这是晶体的本征缺陷或其他杂质的引入造成的,并对样品进行了X射线衍射(XRD)谱与电致发光(EL)谱等测试与分析.     

Ag掺杂ZnO/GaN异质结可见光吸收特性的第一性原理

ZnO/GaN异质结带隙宽度较宽,制约了对可见光的吸收。为研究Ag对ZnO/GaN异质结可见光吸收的影响,在(1-100)非极性面上构建GaN/ZnO异质结,并用Ag分别取代不同位置的Zn和Ga原子,采用第一性原理计算Ag掺杂对ZnO/GaN异质结稳定性、电子结构、光学性质和带边位置的影响。研究结果表明：Ag掺杂ZnO/GaN异质结形成能为负值,结构稳定;Ag置换Zn和Ga使带隙宽度由2.93 eV分别减小至2.7 eV和2.3 eV,吸收系数和光电导产生红移,有利于可见光的吸收,Ag掺杂ZnO/GaN异质结具有良好的光催化活性。     

纳/微米ZnO同质结器件的制备及电子学特性研究

用低压化学气相沉积法制备了T形和V形纳/微米ZnO同质结,用扫描电子显微镜(SEM)和高倍光学成像显微镜观察了同质结的结构与生长形貌,分析了其结构及生长机理。利用ZnO同质结组装成了纳/微米ZnO同质结器件,分析研究了这些器件的I-V特性,并对I-V特性变化规律进行了分析讨论。     

衬底温度对NiO:Cu/ZnO异质pn结的光电性能影响

利用磁控溅射方法改变衬底温度,制备了一系列Ni O:Cu/ZnO异质pn结。实验结果表明,当衬底温 度从室温升高到300℃时,NiO:Cu/ZnO异质pn结的整流特性明显得到 改善;与此同时,NiO:Cu/ZnO异质 pn结的光学透过率也从40%增大到80%。这可能是由于NiO:Cu薄膜结晶质量改善,薄膜内 缺陷减少所致。 继续增加衬底温度至400℃,异质结的整流特性有所削弱,这可能是 由于生长在异质结下层 的NiO:Cu薄膜影响了其上ZnO薄膜的生长,进而影响到异质结的整流特性。这一结论,得到 X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)和紫外(UV)谱测试结果的支持。     

ZnO/Si异质结中的晶界层行为研究

本文利用电容-电压,电流-电压和深能级瞬态谱研究了ZnO/Si异质结的晶界层行为和载流子的输运机制。当存在高密度界面态时,ZnO/Si异质结的载流子输运受到晶界层的控制。我们观察到了有趣的现象,不同测量温度下得到的ZnO/Si异质结正向lnI-V曲线发生交叉,另外得到ZnO/Si异质结的有效势垒高度随着测量温度的下降而下降,这与理想的异质结热发射模型是相矛盾的。本文的随后各节对上面提到的现象做出解释。     

Cu掺杂GaN/ZnO异质结的光学性质

ZnO/GaN异质结由于错配度小,化学稳定性好, 具有优良的光学、压电和热电效应等 优点,是下一代电子器件的理想材料。但是ZnO/GaN异质结的带隙宽度较宽制约了ZnO/GaN的 应用。为了减小ZnO/GaN异质结的带隙宽度,提高对可见光的吸收,采用第一性原理研究了C u掺杂对ZnO/GaN异质结稳定性、带隙和光学性质的影响。研究结果表明:Cu掺杂ZnO/GaN异 质结的结合能是负值,因此结构稳定,但是Cu位于界面处的结合能要比基体内的小,因此更 容易在界面处形成。Cu置换Ga能够明显的减小带隙的宽度,且在带隙中引入了Cu-3d杂质态 ,有利于可见光的吸收,但是置换Zn后不是很明显。Cu掺杂ZnO/GaN后引起吸收系数产生红 移,且Cu置换Ga后吸收系数在3.2 eV附近处产生明显的吸收峰55377 cm－1。Cu掺杂也使得复 介电常数虚部以及折射率虚部产生红移,说明掺杂有利于可见光的吸收。虽然Cu置换Ga后反 射率有了较大的提升,但是总体仍然维持在较低的水平,因此反射率较低。     

n-ZnO／p-GaN异质结界面工程

宽禁带直接带隙半导体材料ZnO与GaN在晶体结构、晶格常数以及能带宽度等方面具有非常相似的特性。ZnO在高自由激子结合能（60meV）、适于湿法刻蚀以及对环境友好等方面具有优势，在短波长低阈值发光二极管（LED）以及激光二极管等方面具有广阔的应用前景。但ZnO在稳定的P型掺杂方面遇到很大的挑战，高亮度ZnO同质结型发光二极管的制作具有很大的难度。     

基于岛状多晶氧化锌薄膜的电泵浦紫外随机激光

光电子集成是当前光电技术和信息工程领域的新趋势和研究热点，其中光源集成化和工艺相容性已成为制约其进一步发展和应用的关键问题。报道了一种设计简单的、可直接集成在硅衬底上面的激子型激光二极管器件和工艺。基于岛状多晶氧化锌薄膜构建了一个金属/绝缘体/半导体（Au/MgO/ZnO MIS）异质结器件。利用Si衬底与ZnO外延层之间天然的大晶格失配，诱导ZnO薄膜表面形成了高度无序的多晶岛状纳米结构，从而在异质结激活层（ZnO/MgO界面区域）形成了高度无序的折射率随空间变化的散射介质。这极大增强了光学散射，有利于获得低阈值的随机激射。文中这种简单的光源器件结构设计和制备工艺提供了一种自下而上的实现氧化锌基集成光电子器件的新思路。     

聚合物/有机小分子异质结掺杂型电致发光二极管及其发射机制

为了提高有机电致发光器件的效率和稳定性,制作了聚合物/有机小分子异质结掺杂型电致发光二极管.它以新型PTPD(聚TPD)为空穴传输材料,高效荧光材料Rubrene为掺杂剂.异质结基本结构为PTPD/Alq3,双层掺杂时,器件电致发光的量子效率大约是未掺杂器件的两倍;与未掺杂器件和常用的TPD/Alq3二极管相比,掺杂器件的稳定性有了显著的提高.从电致发光光谱可知,掺杂器件的发射机制为载流子陷阱和Forster能量转换过程的共同作用.     

ZnO/PS异质结的光学和电学性质

用脉冲激光沉积的方法在多孔硅(PS)衬底上沉积ZnO薄膜,在室温下测量了ZnO/PS异质结的结构及光学和电学性质.X射线衍射仪和扫描电子显微镜测量表明,制备的ZnO薄膜具有一定的c轴取向,但薄膜存在较多缺陷.光致发光谱显示,PS的发光与ZnO的发光相叠加,呈现白光发射.对异质结I-V特性曲线的测量表明,异质结呈现出与普通二极管不同的整流特性,其反向电流不饱和,据此提出了能带模型.     

多孔硅异质结电致发光器件发光特性研究

多孔硅电致发光性质的研究对于实现硅基光电集成具有重要的应用价值。采用蒸镀-阳极氧化法制备了多孔硅异质结(ITO/PS/p-Si/Al)电致发光器件,在7.5V较低电压下实现了数小时连续电致发光,并给出了该器件的发光和电学性能的测量结果。结果表明,要制备较好发光性能和伏安特性的多孔硅电致发光器件,顶部电极应同时具有较高的透光率和电导率。