N2掺杂p型ZnO及ZnO同质p-n结LED的制备

采用射频等离子体辅助分子束外延方法,以N₂作为掺杂源,以O₂作为辅助分解的气体和氧源,通过等离子体光谱的实时监测来控制掺杂源中各组分的含量,制备了p型ZnO薄膜及同质p-n结。I-V曲线显示该p-n结具有整流特性,直流驱动下获得了稳定的室温电致发光,包括位于420nm附近的发光峰和500~700nm的发光带。     

氩气退火对氢掺杂AZO薄膜电学性能的影响

采用射频磁控溅射法,在石英玻璃衬底上制备出了性能良好的H掺杂AZO透明导电薄膜,通过XRD、Hall、UV-Vis等测试手段,研究了氩气气氛中退火温度对薄膜电学热稳定性的影响。实验结果显示,随着退火温度的升高,薄膜中载流子的浓度和迁移率下降。分析认为,这与薄膜中氢的逸出密切相关。     

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。     

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。     

阴极电沉积ZnO薄膜的取向控制生长

采用阴极电沉积法,在Zn(NO3)2水溶液中,以304不锈钢为衬底制备了ZnO薄膜,研究了Zn2+浓度和电流密度对ZnO薄膜择优取向的影响规律。XRD结果表明:随着Zn2+浓度和电流密度增大,ZnO薄膜逐渐由(002)面择优取向生长转变为(101)面择优取向生长;当Zn2+浓度为0.005mol.L-1、电流密度为2.0mA.cm-2或Zn2+浓度为0.05mol.L-1、电流密度为0.5mA.cm-2时,可以得到(002)面择优取向生长的ZnO薄膜;当Zn2+浓度为0.05mol.L-1、电流密度为2.0mA.cm-2时,可以得到(101)面择优取向生长的ZnO薄膜。根据二维晶核理论,通过分析不同生长条件下的过饱和度及其对ZnO的(002)型和(101)型二维晶核形核活化能的影响,对这一规律进行了解释。可见,通过改变Zn2+浓度和电流密度能够实现阴极电沉积ZnO薄膜的取向可控生长。     

射频溅射功率对AZO薄膜结构及光电特性和热稳定性的影响

采用射频磁控溅射法,在玻璃基片上制备了ZnO:Al(AZO)透明导电薄膜。用X射线衍射(XRD)仪、紫外-可见分光光度计、方块电阻测试仪和台阶仪对不同溅射功率下Al掺杂ZnO薄膜的结晶、光学、电学性能、沉积速率以及热稳定性进行了研究。研究结果表明:不同溅射功率下沉积的AZO薄膜具有六角纤锌矿结构,均呈c轴择优取向;(002)衍射峰强和薄膜的结晶度随溅射功率的提高逐渐增强;随溅射功率的提高,AZO薄膜的透射率有所下降,但在可见光(380～780nm)范围内平均透射率仍80%;薄膜的方块电阻随溅射功率的增加逐渐减小;功率为160～200W时,薄膜的热稳定性最好,升温前后方块电阻变化率为13%。     

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。     

氧化锌可见区发光机制

探究与缺陷相关的氧化可见区发光机制对获得高效激子发光和实现紫外激光有重要的意义，也是该领域研究的基本问题之一，本文用X射线衍射、X射线光电子能谱，电子顺磁共振和光致发光谱研究了ZnO:Mn纳米薄膜的结构和发光性质，证明了氧空位或缺陷分布于纳米晶表面，提出了可见发光中心是Vo^**和[Vo^*,electron]或[Vo^**,two electrons]复合体的发光模型。     

利用P-MBE制备高质量MgxZn1-xO的结构和光学特性

利用等离子体辅助分子束外延(P-MBE)的方法,在c平面的蓝宝石衬底上制备了高质量的MgxZn1-xO合金薄膜。通过改变Mg源的温度,得到了不同Mg组份的MgxZn1-xO合金薄膜;通过引入ZnO的低温缓冲层,有效地提高了MgxZn1-xO合金薄膜的结晶质量。随着Mg组份的增加,MgxZn1-xO的X射线衍射的(002)衍射峰逐渐向大角度方向移动。对样品进行光致发光(PL)谱的测量,在室温下观察到了较强的紫外发光。随Mg浓度的增加,紫外发光峰向高能侧移动,并且发光峰逐渐展宽。通过对x=0.15的样品进行变温光谱的测量研究了紫外发光峰起因,得到了MgxZn1-xO的发光是来自于自由激子的发光。自由激子束缚能为54meV。