镓、锂掺杂的氧化锌纳米颗粒棒阵列的制备及性能

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1、摘要作为～种直接带隙宽禁带半导体材料，ZnO在短波长光电子器件领域具有广泛的应用前景，但ZnO要作为光电器件应用必须获得性能良好的P型ZnO材料，并实现ZnO同质p-n结。为了进一步提高其载流子的传输性能，构筑“P型ZnO纳米颗粒／n型ZnO纳米棒”这样一种结构的ZnO同质结更具有重要的意义。本文以此为核心，展开对p-ZnO以及“纳米颗粒／纳米棒”结构的制备和研究。采用溶胶中掺Ga3+和等离子体活化NH3气分子的方法制备ZnO：(Ga，N)薄膜，并以此为种子膜，外延生长ZnO纳米棒，构筑ZnO纳米同质p-n结。通过对掺杂薄膜及纳米棒的XRD，SEM，光吸收(Abs)，光致发光(PL)，电

2、致发光(EL)，Hall效应等研究表明：随着GaH掺杂量的增加，薄膜晶化程度逐渐下降，晶粒尺寸不断减小；同时Ga3+的掺杂还使薄膜的光学带宽减小，紫外发光强度下降；当Ga3+含量为0．6at％时成功制备了P型ZnO：(Ga，N)薄膜，在其上外延生长的纳米棒具有很好的晶化程度和取向性；通过ZnO同质P．n结的电致发光测试，当激发电压为10V时，初步获得了456nm处的蓝光发射，这为以ZnO同质结为基的光电器件的发展提供了依据。为了增强对纳米点／纳米棒结构的可控性，采用溶胶中掺Li+的方法制备ZnO：Li薄膜，同样以此为种子外延生长ZnO纳米棒，构筑ZnO纳米颗粒／棒结构。研究了在薄膜中掺杂

3、Ij+对ZnO纳米棒阵列性能的影响。结果表明：在Li+掺杂提高了薄膜品化程度、晶粒尺寸和发光强度的前提下，其对纳米棒阵列的晶化程度、取向性和超疏水性也起到了明显的改善作用，尤其值得提出的是这种掺杂使ZnO纳米棒的紫外发光强度显著提高，这对制备单一紫外发光的纳米棒阵列具有十分重要的意义。关键词：Ga—N共掺，p-ZnO，Li+掺杂，纳米棒AbstractZnOisadirectbandgapsemiconductorwithabandgapenergyof3．37eV,andhasapotentialapplicationinshort—wavelengthoptoelectronicde

4、vices．However,suchapplicationrequiresahigh-qualityp-typeZnOanditsp-nhomojunctions．Apossibleapproachistobuildap-typenanoparticle／n-typenanorodorn—typenanoparticle／p—typenanorodjunctionwhichcouldenhancethetransmissionofcarriers．Inthiswork，wemainlyfocusonthepreparationoftheZnOnanoparticle／nanorodstr

5、uctureandthecorrespondingZnOp-nhomojunction，whichisofgreatfundamentalandpracticalsignificance．InthecaseofGa-Ncodoping，anGadopedZnOfilmwasfirstpreparedbysol-geImethod．AndthenNwasdopedthroughPECVDtechniqueinNH3atmospheretoobtainGa—Ncodopinginthefilm．Furthermore，ZnOnanorodsgrownOiltheGa—Ncodopedfilm

6、wereachievedbasedonseed—grownmethodfromasolutioncontainingZn‘+toformthep-nhomojunction．TheZnOfilmsandnanorodarrayswerecharacterizedbyXRD，FE—SEM，UV-vis，photoluminescence，Halleffectandelectroluminescence．WithanincreasingofGa’+content，crystalquality,grainsize，energygapandUV-luminescentintensityofZnO

7、filmsdecreasegradually．ItwasfoundthatGa—Ncodoped2；nOfilmwith0．6at％Gadisplaysp-typebehavior．AndaccordingtotheELspectra，adefect—relatedblueelectroluminescenceat456nmofZnOhomojunctionwasobservedwhentheinjectionvoltageis10