ZnO纳米结构的可控生长及异质结发光特性研究

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1、学号：S15010100硕士学位论文ZnO纳米结构的可控生长及异质结发光特性研究研究生姓名：王颜彬类别、领域：电子科学与技术二○一八年六月分类号：O475密级：可公开UDC：编号：ZnO纳米结构的可控生长及异质结发光特性研究CONTROLLEDGROWTHOFZNONANOSTRUCTURESANDINVESTIGATEDTHEOPTICALPROPERTIESOFHETEROJUNCTION学位授予单位及代码：长春理工大学（10186）学科专业名称及代码：电子科学与技术（080900）研究方向：半导体激光器原理与技术申请学位级别：硕士指导教师：魏志鹏研究生：王颜彬论文起止时间：

2、2017.12-2018.4摘要ZnO禁带宽度为3.37eV、室温激子束缚能为60meV，在低阈值、高效率的紫外电致发光LED以及激光器件方面有较好的应用前景。但是高结晶质量的P型ZnO薄膜难以制备，如何获得高紫外发光亮度的LED是近二十几年来地研究重点。本文采用引入晶种层的方式实现了密度可控的ZnO纳米线制备，并对其光学性质进行表征；合成高紫外发光强度的ZnO基异质结LED，对其进行光电性质进行分析，构建能带模型研究其发光机理。(1)ZnO纳米线的可控生长：通过在GaN衬底上引入晶种层，并经过不同温度地退火，实现ZnO纳米线密度可控生长。晶种层400°C退火后合成的ZnO纳米线

3、密度比未引入晶种层增加了一倍，376nm处的光致发光强度提高了一倍；晶种层退火温度提高到500°C后，合成的ZnO纳米线密度又增加了八倍，376nm处的光致发光强度也提高了三倍。实现了ZnO纳米线密度的可控生长。(2)ZnO/ZnS核壳结构的光致发光研究：分别采用固相硫化与化学浴沉积(CBD)合成ZnO/ZnS核壳结构。固相硫化所制备的ZnO/ZnS，引入大量间隙硫原子而引起缺陷光致发光增强，紫外光致发光减弱；采用CBD制备ZnO/ZnS，ZnS在ZnO界面处引入的局域态使光致发光峰位蓝移至376nm，随着硫化周期数增加，发光强度先增强后减小，硫化4周期ZnO紫外光致发光强度最大

4、，提高了4倍。(3)在以上实验研究的基础上，开展了ZnO异质结发光器件地构建与发光特性研究工作。为实现ZnO基异质结高紫外电致发光，我们结合能带模型设计了GaN/MgO/ZnO/ZnS异质结结构。ZnO薄膜结构的GaN/MgO/ZnO/ZnS异质结，紫外发光强度增加了近26倍。ZnO纳米线结构的GaN/MgO/ZnONWs/ZnS异质结，异质结的紫外发光强度继续增加了近50倍。最终实现了高紫外发光强度的ZnO基异质结LED的制备，并对异质结的发光机理进行研究。关键字：ZnOZnS核壳结构光致发光电致发光IABSTRACTZincOxide(ZnO)asaexcellentphot

5、oelectricmaterialwitha3.37eVbandgapandalargeexcitonbindingenergyof60meVunderroomtemperature,ZnOisconsideredasaverypromisingcandidateforUltravioletLightEmittingDiodesandLasingDiodeswithlowthresholdandhighefficiency.However,it’sdifficulttosynthesizehighcrystallinequalityp-typeZnOthinfilms,thus,

6、high-ultravioletlight-emittingLEDsisthefocusofresearchinthepasttwentyyear.Inthisarticle,werealizedthedensitycontrolledZnOnanowiresgrowthbyintroducedseedlayer,andanalyzeditsopticalcharacteristic.Finally,wehavepreparedZnO-basedheterojunctionLEDswiththehighultravioletemissionintensity,andanalyze

7、ditsphotoelectricproperties.Atthesametime,theenergybandmodelwasconstructedtostudytheluminescencemechanism.(1)ExploredthecontrollablegrowthmethodofZnOnanostructure:ComparedZnOnanowiresdensityofwhichwithandwithoutcovereddifferentannealedtempera