1997年,我们采用MBE生长技术,制备出具有规则的六方形微晶结构的ZnO薄膜,在室温观测到了光泵浦的紫外受激发射,使得ZnO薄膜光电特性的研究迅速开展。然而如何选择掺杂剂实现低阻P型ZnO材料,制备ZnO结型器件,还是一个悬而未决的课题。尤其是ZnO紫外激光二极管(LD)的研究目前还没有取得突破性进展。本课题拟通过高频等离子体辅助分子束外延技术(RFPAMBE)进行高质量ZnO单晶及其ZnO/ZnMgO量子阱薄膜、高掺杂p-型ZnO薄膜的生长和控制,并对自补偿机制以及高性能ZnO PIN结构中的的激子发光动力学过程开展研究,为实现高效ZnO紫外发光和激光二极管提供有效物理依据和实研途径。
ZnO材料由于在短波长光电子器件领域具有诱人的应用前景而成为国际前沿领域中的研究热点。本工作针对基于ZnO同质pn结的蓝紫外发光二极管的研制,从高质量ZnO薄膜的生长,ZnO/MgZnO多量子阱的受激发射,N掺杂p-ZnO的制备等方面开展了深入的研究,并且首次在国际上成功获得以蓝宝石为衬底的ZnO同质p-n结紫蓝色发光二极管。首先我们通过采用衬底等离子体处理,低温生长过渡层等方法实现了ZnO薄膜的二维生长,制备出了高质量的ZnO单晶薄膜。在此基础上我们制备了ZnO/MgZnO多量子阱结构并实现了光泵浦受激发射。同时我们采用不同的N源制备了载流子浓度高达1.2E18cm-3的p-ZnO薄膜,研究表明,如果用纯氮气或者用NO气体为N源,制备的p-ZnO薄膜电学性质稳定性较差,其导电性在200K以下表现为p型,但在200K以上却转化为n型。以这种p-ZnO为基础构造的ZnO p-n结,其电学性质和电致发光也表现为强烈的温度相关的特性,在200K以上就观测不到电致发光。而以氮氧混合气体为N原料制备的p-ZnO具有非常好的电学稳定性,所制备的ZnO发光二极管实现了室温紫蓝色电致发光。