Ultraviolet emissions realized in ZnO via an avalanche multiplication process

Au/MgO/ZnO/MgO/Au structures have been designed and constructed in this study. Under a bias voltage, a carrier avalanche multiplication will occur via an impact ionization process in the MgO layer. The generated holes will be drifted into the ZnO layer, and recombine radiatively with the electrons in the ZnO layer. Thus obvious emissions at around 387 nm coming from the near-band-edge emission of ZnO will be observed. The reported results demonstrate the ultraviolet (UV) emission realized via a carrier multiplication process, and so may provide an alternative route to efficient UV emissions by bypassing the challenging p-type doping issue of ZnO.     

NH3等离子体后处理Co掺杂ZnO的薄膜结构及磁学性能

通过电化学沉积方法成功生长了Co掺杂ZnO的薄膜,但并没有实现室温下的铁磁性.通过NH3等离子体的后处理,导致有一部分N原子进入了ZnO晶格替代了一部分O格位,从而在ZnO中产生空穴.在空穴间接交换作用下,ZnCoO薄膜中产生了被束缚的磁极子,产生了室温下的铁磁性.     

不同生长条件下ZnO薄膜电学性质的研究

ZnO薄膜中的高的背景电子浓度能够对p型掺杂形成补偿,从而对p型掺杂造成障碍,了解高背景电子浓度的来源有助于对p型掺杂的研究。本文采用分子束外延技术在不同真空度下在a面蓝宝石衬底上生长了一系列氧化锌薄膜,发现在低真空度下生长的样品的载流子浓度较高,为10¹⁹ cm^-3量级;而高真空度下生长的样品,其载流子浓度比低真空生长的样品显著降低,降低了3个数量级。在相同条件下生长的样品,通过不同的后处理手段进行处理后,其电子浓度未发生明显变化,说明氧空位等本征缺陷不是ZnO薄膜中电子的主要来源,高背景电子浓度应该与生长过程中非故意引入的杂质相关。通过低温光致发光表征,发现低真空度下生长的样品在低温下3.366 eV处有强的施主束缚激子发光峰,而高真空度下生长的样品的此发光峰显著变弱。由此,高电子浓度被归结为与生长过程中非故意引入的氢杂质相关。     

电子束泵浦ZnO/ZnMgO量子阱的最佳激发电压

对不同加速电压电子束泵浦下的ZnO/Zn0.85Mg0.15O量子阱的荧光光谱进行了研究。样品利用分子束外延技术在蓝宝石衬底上生长。激子隧穿使非对称双量子阱的激发效率相对于对称阱有了明显提高。非对称阱的结构设计使最佳激发电压从对称阱的7 kV降低到了更适合器件小型化的5 kV。     

ZnS纳米棒阵列的结构和光学特性

采用等离子体辅助的低压金属有机化学气相沉积（LP-MOCVD）技术,在没有引入任何金属催化剂的条件下,在c平面的蓝宝石衬底上制备出高取向的ZnS纳米棒阵列。从样品的场发射扫描电镜（SEM）和透射电镜的照片（TEM）中可以看到,获得的ZnS纳米棒具有均一的直径和长度,其直径和长度约为60,400nm;X射线衍射（XRD）和选区电子衍射（SAED）谱指出获得的ZnS纳米棒为单晶的六角结构。此外,在光致发光（PL）谱中还观测到了发光峰位于335nm强的近带边发射。     

Zn1-xCdx S合金薄膜的结构和光学性质

采用低压金属有机化学气相沉积(LP-MOCVD)技术,在普通石英衬底上制备出不同Cd组分(0．02,0．44,0．59,0．83,0．91)的Zn1-xCdxS合金薄膜材料。X射线测量表明样品为单一取向的纤锌矿结构,并且随着x的增加衍射峰位基本成线性地从ZnS衍射峰向CdS衍射峰移动。此外,在PL谱中还可以看出随着样品中Cd含量的增加,发光峰从3．66eV红移到2．43eV。根据发光峰位与Zn1-xCdxS中x的变化关系,推导出它们之间的关系近似为Eg(Zn1-xCdxS)=3．61-1．56x 0．38x^2。还探讨了不同Cd组分薄膜材料的X射线衍射峰半峰全宽以及发光峰半峰全宽的变化。     

包埋于氮化硅薄膜中的硅团簇的光致发光特性

采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术,在低温下制备了富硅氢化氮化硅薄膜。利用红外吸收(IR)谱,光电子能谱(XPS)和光致发光(PL)谱,研究了在不同温度下退火的薄膜样品的结构和发光特性。在经过低温退火的薄膜中观测到一个强的可见发光峰。当退火温度较高时,随着与硅悬键有关的发光峰消失,可见发光峰位发生了蓝移。讨论了退火对薄膜中硅团簇的形成及其对发光的影响。根据Raman谱,计算了氮化硅薄膜中硅团簇的尺寸大小。通过实验结果和分析,我们认为PL谱中较强的室温可见发光峰来自于包埋于氮化硅中的硅团簇。     

变分法计算ZnO量子点中激子的基态能

ZnO是一种新型宽禁带直接带隙Ⅱ-Ⅵ族半导体材料,室温激子束缚能高达60meV,远大于室温热离化能(26meV),因此ZnO是适于室温或更高温度下使用的高效紫外发射材料。ZnO半导体量子点材料与体材料相比具有崭新的光电特性,特别在紫外激光器件方面,与ZnO的激子特性密切相关,因此理论上对ZnO量子点中激子的基态能(束缚能)的研究就显得十分必要。采用有效质量近似(EMA)方法,提出新的比较简单的尝试波函数,并用变分法对ZnO量子点的激子基态能进行了计算。将计算结果与我们用固态热分解法制备的ZnO量子点的实验结果进行了比较,发现与实验结果非常吻合;与Y．Kayanuma的理论计算结果进行了比较,二者的计算结果也基本一致。说明选取的尝试波函数简单有效,可用于计算其他半导体量子点材料,具有一定的实用价值。     

铟磷共掺杂p型氧化锌薄膜形成机理和性质

利用射频磁控溅射在石英衬底上生长出铟磷共掺氧化锌薄膜(ZnO ∶ In,P),所用靶材为掺杂五氧化二磷(P₂O₅)和氧化铟(In₂O₃)的氧化锌(ZnO)陶瓷靶,掺杂质量分数分别为1.5%和0.3%,溅射气体为Ar和O₂的混合气体。原生ZnO薄膜是绝缘的, 600 ℃退火5 min后导电类型为n型,而800 ℃退火5 min后为p型。p型ZnO薄膜的电阻率、载流子浓度和霍尔迁移率分别为12.4 Ω·cm, 1.6×10¹⁷ cm^-3 和3.29 cm²·V^-1·s^-1。X射线衍射测量结果表明所有样品都只有(002)衍射峰,并与相同条件下生长的未掺杂ZnO相比向大角度方向偏移,意味着In和P都占据Zn位。XPS测试结果表明在共掺ZnO薄膜中P不是取代O而是取代Zn。因此,铟磷共掺ZnO薄膜中,In和P都取代Zn,并且P_Zn与2个锌空位(V_Zn)形成P_Zn-2V_Zn复合受主,薄膜表现为p型。     

Recent progress of ZnMgO ultraviolet photodetector

The ultra-violet(UV) detection has a wide application in both civil and military fields.ZnO is recognized as one of ideal materials for fabricating the UV photodetectors due to its plenty of advantages,such as wide bandgap,low cost,being environment-friendly,high radiation hardness,etc.Moreover,the alloying of ZnO with MgO to make ZnMgO could continually increase the band gap from ~ 3.3 eV to ~ 7.8 eV,which allows both solar blind and visible blind UV radiation to be detected.As is well known,ZnO is stabilized in the wurtzite structure,while MgO is stabilized in the rock salt structure.As a result,with increasing the Mg content,the crystal structure of ZnMgO alloy will change from wurtzite structure to rock salt structure.Therefore,ZnMgO photodetectors can be divided into three types based on the structures of alloys,namely,wurtzite-phase,cubic-phase and mixed-phase devices.In this paper,we review recent development and make the prospect of three types of ZnMgO UV photodetectors.