【摘要】：紫外光源(發(fā)光二極管(LED)和激光二極管(LD)等)在水和空氣凈化、生物醫(yī)學(xué)消毒、光刻等領(lǐng)域有重要的潛在應(yīng)用,引起了研究者們的廣泛關(guān)注。與氣體激光器和汞燈相比,半導(dǎo)體紫外光源具有體積小、質(zhì)量輕、制作簡(jiǎn)單和成本低等優(yōu)點(diǎn),使其在軍事和民用上具有廣泛應(yīng)用。寬禁帶半導(dǎo)體,金剛石,III-V氮化物半導(dǎo)體和II-VI族氧化物半導(dǎo)體是潛在的紫外光電的候選者。六角纖鋅礦結(jié)構(gòu)氧化鋅(ZnO)是II-VI族寬禁帶(3.37 eV)的直接帶隙半導(dǎo)體材料,它具有高化學(xué)穩(wěn)定性、大光電耦合系數(shù)、高的激子結(jié)合能(60 meV)以及優(yōu)良的光學(xué)、電學(xué)等特性,被廣泛應(yīng)用于光電器件、氣敏器件、太陽(yáng)能電池以及紫外探測(cè)等方面。此外,與其他微納結(jié)構(gòu)晶體相比,ZnO半導(dǎo)體材料具有結(jié)晶質(zhì)量高、易于制備、原材料豐富,安全環(huán)保等特點(diǎn),是制造高效穩(wěn)定紫外微納光電器件潛在的應(yīng)用材料。但是ZnO半導(dǎo)體材料仍然存在著載流子傳輸效率低、表面缺陷難于調(diào)控、金屬半導(dǎo)體接觸誘導(dǎo)焦耳熱耗散、異質(zhì)結(jié)器件發(fā)光效率偏低以及紫外波段波長(zhǎng)難以調(diào)諧等問(wèn)題。因此,針對(duì)以上問(wèn)題,本論文圍繞可控性Ga摻雜ZnO微米線的生長(zhǎng),及ZnO:Ga微米線的發(fā)光、異質(zhì)結(jié)紫外發(fā)光二極管器件的設(shè)計(jì)和制備開(kāi)展了研究工作,并取得了如下創(chuàng)新性研究成果做:1.利用氣相傳輸法可控性的生長(zhǎng)了不同Ga摻雜濃度的ZnO:Ga微米線。隨著Ga摻雜濃度的增加,單根ZnO微米線呈現(xiàn)出典型的近帶邊PL發(fā)射,發(fā)光中心波長(zhǎng)從390 nm藍(lán)移至370 nm。說(shuō)明Ga摻雜元素的引入可以有效可控的調(diào)諧ZnO的帶隙,實(shí)現(xiàn)ZnO近帶邊PL發(fā)射波長(zhǎng)的可調(diào)諧。2.采用不同Ga摻雜濃度的ZnO微米線構(gòu)筑n-ZnO:Ga/p-GaN異質(zhì)結(jié)構(gòu),獲得了以ZnO微米線的近帶邊發(fā)射(FWHM~10 nm)為主導(dǎo)紫外發(fā)射。隨著Ga摻雜濃度的增加,異質(zhì)結(jié)構(gòu)紫外波段波長(zhǎng)可調(diào)諧,輻射范圍從384 nm至372 nm。產(chǎn)生這一結(jié)果的原因可歸于Ga摻雜元的介入引發(fā)了莫斯-布爾斯坦效應(yīng),抑制了界面處的EL發(fā)射,使得ZnO微米線的近帶邊發(fā)射占主導(dǎo)。也進(jìn)一步證實(shí)了ZnO微米線光學(xué)帶隙工程的可行性以及在波長(zhǎng)可調(diào)諧紫外光源中的潛在應(yīng)用價(jià)值。3.利用金屬納米顆粒(比如Au、Ag、Al)的局部等離激元衰變誘導(dǎo)產(chǎn)生“熱電子”,提高ZnO微米線載流子的再注入,調(diào)控ZnO的表面缺陷,進(jìn)而制備出在可見(jiàn)光波段范圍內(nèi)發(fā)光中心波長(zhǎng)可調(diào)的熒光燈絲光源。也為后續(xù)研究高效的發(fā)光二極管和激光二極管工作提供良好的技術(shù)和理論支持。
【圖文】：

Zn-O 鍵是由 Zn 原子在 3d 軌道上電子和 O 成的共價(jià)鍵，并且兩種原子的電負(fù)性相差很大，所為在 c 軸方向上是鋅和氧原子交替排列的，所以 c 軸組成的(0 001)面和 Zn 離子組成的 (0001) 面是 c 軸方向的極面外，還有等極性面(0 111)和 (1 011)。極性同，因此極性面的生長(zhǎng)現(xiàn)象不同。表面結(jié)合能低的極快。ZnO 晶體中，擁有最低表面結(jié)合能的是在 c 軸 ZnO 晶體沿 c 軸方向的生長(zhǎng)速率最快。ZnO 是具有。仲維卓提出了負(fù)離子配位多面體生長(zhǎng)基元模型，長(zhǎng)速率快慢應(yīng)為：]>V[0 111]>V [ 0111]>V [0 111]>V [ 0001]。所以，豐通過(guò)人為調(diào)控不同極性面的生長(zhǎng)速率得到[25]。

ZnO 材料的優(yōu)勢(shì)：(1) ZnO 納米材料合成簡(jiǎn)單，并且結(jié)構(gòu)豐富多樣。由于六角纖鋅礦結(jié)構(gòu) ZnO沿著不同晶向的生長(zhǎng)速率不同很容易獲得多種結(jié)構(gòu)的納米。圖1.2為ZnO材料各種納米結(jié)構(gòu)形貌[23,26]。(2) 現(xiàn)在 ZnO 納米材料的制備方法也多種多樣，，例如分子束外延技術(shù)、氣相沉積技術(shù)、溶膠-凝膠法和水熱法等等。詳細(xì)的制備方法會(huì)在第二章簡(jiǎn)單介紹。(3) ZnO 材料自身?yè)碛泄鈱W(xué)諧振腔，可以獲得多種振蕩模式激光發(fā)射。圖 1.3為 ZnO 納米材料中三種典型的激光諧振模式及光學(xué)顯微鏡下的發(fā)光照片[20-22]。從圖中可以發(fā)現(xiàn)，三種典型的激光諧振模式都可以在 ZnO 材料中實(shí)現(xiàn)。這使得 ZnO 納米材料在光電子領(lǐng)域的應(yīng)用前景更加廣泛。(4) ZnO 激子結(jié)合能高達(dá) 60meV，遠(yuǎn)高于室溫?zé)犭x化能 (26meV) 。這表明在室溫或更高溫度下的 ZnO 材料中，不但以激子復(fù)合為主紫外發(fā)光容易實(shí)現(xiàn)，高效的與激子相關(guān)的受激發(fā)射也容易實(shí)現(xiàn)[27]。另外，激子結(jié)合能大的材料的光學(xué)增益也會(huì)高于激子結(jié)合能小的材料
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN312.8

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 郝志強(qiáng);高云娥;化貴圓;葛坤;顧銀煒;劉陽(yáng);劉晶晶;;手持式電磁感應(yīng)演示儀[J];物理通報(bào);2017年02期

2 劉自考;;用電磁爐演示渦流[J];中學(xué)物理教學(xué)參考;2016年23期

3 劉振華;;談發(fā)光二極管在物理教學(xué)中的應(yīng)用[J];物理教學(xué)探討;2005年20期

4 馮錦湘;;用發(fā)光二極管做電磁感應(yīng)實(shí)驗(yàn)[J];物理教學(xué);1988年02期

5 蘇懷林;;發(fā)光二極管在中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用[J];物理教學(xué);1991年06期

6 章劍和;;巧用發(fā)光二極管，提高演示實(shí)驗(yàn)效果[J];物理教學(xué);1992年10期

7 鄒志凌;;變色發(fā)光二極管在物理實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用[J];物理教學(xué);1991年12期

8 鄧明富;未來(lái)社會(huì)的重要光源——發(fā)光二極管[J];中學(xué)物理教學(xué)參考;2003年07期

9 江斌;發(fā)光二極管在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用二例[J];中學(xué)物理教學(xué)參考;2004年08期

10 賈永豐;;用發(fā)光二極管做的兩個(gè)物理實(shí)驗(yàn)[J];江蘇教育;1983年08期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 梁俊飛;鐘文楷;應(yīng)磊;楊偉;;利用溶劑蒸汽退火制備高效藍(lán)光聚合物發(fā)光二極管[A];2015年全國(guó)高分子學(xué)術(shù)論文報(bào)告會(huì)論文摘要集——主題G 光電功能高分子[C];2015年

2 李宇航;;柔性微型無(wú)機(jī)發(fā)光二極管的熱管理[A];北京力學(xué)會(huì)第二十二屆學(xué)術(shù)年會(huì)會(huì)議論文集[C];2016年

3 崔峗;李宇航;;柔性微型發(fā)光二極管的傳熱分析研究現(xiàn)狀[A];力學(xué)與工程應(yīng)用（第十六卷）[C];2016年

4 莫曉亮;溝黑登志子;Claire Heck;谷垣宣孝;平賀隆;;利用真空噴霧法在聚合物發(fā)光二極管中制備雙層和梯度結(jié)構(gòu)[A];TFC’09全國(guó)薄膜技術(shù)學(xué)術(shù)研討會(huì)論文摘要集[C];2009年

5 邵介圣;彭海洲;梁子沖;;新型發(fā)光二極管的性能和在交通信號(hào)燈中的應(yīng)用[A];海峽兩岸第七屆照明科技與營(yíng)銷研討會(huì)專題報(bào)告文集[C];2000年

6 方志烈;;白色發(fā)光二極管研究進(jìn)展[A];海峽兩岸第十屆照明科技與營(yíng)銷研討會(huì)專題報(bào)告文集[C];2003年

7 楊有良;李光生;;發(fā)光二極管航標(biāo)燈的設(shè)計(jì)探討[A];中國(guó)航海學(xué)會(huì)航標(biāo)專業(yè)委員會(huì)沿海、內(nèi)河航標(biāo)學(xué)組聯(lián)合年會(huì)學(xué)術(shù)交流論文集[C];2003年

8 甘彬;馮紅年;金尚忠;;大功率發(fā)光二極管的特性測(cè)試[A];浙江省光學(xué)學(xué)會(huì)第九屆學(xué)術(shù)年會(huì)暨新型光電技術(shù)青年論壇論文集[C];2005年

9 王卓;劉昌龍;呂依穎;張曉東;尹立軍;;基于位錯(cuò)工程的硅基發(fā)光二極管研究進(jìn)展[A];第一屆中國(guó)核技術(shù)及應(yīng)用研究學(xué)術(shù)研討會(huì)摘要文集[C];2006年

10 方志烈;;超高亮發(fā)光二極管及其應(yīng)用的現(xiàn)況與展望[A];第九屆全國(guó)發(fā)光學(xué)術(shù)會(huì)議摘要集[C];2001年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前10條

1 記者 陸琦 見(jiàn)習(xí)記者 谷雙雙;高效自由基發(fā)光二極管研制成功[N];中國(guó)科學(xué)報(bào);2018年

2 湖北 朱少華;一款利用交流或直流的發(fā)光二極管限流器[N];電子報(bào);2018年

3 湖北 高瑞;一款利用交流或直流的發(fā)光二極管限流器[N];電子報(bào);2017年

4 湖北 朱少華;一款利用交流或直流的發(fā)光二極管限流器[N];電子報(bào);2017年

5 中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院藥用植物研究所研究員 郭伽;入睡難 為什么會(huì)成為流行病[N];健康報(bào);2017年

6 武漢 王紹華;淺談發(fā)光二極管[N];電子報(bào);2015年

7 包頭 孫守真;檢測(cè)高亮發(fā)光二極管的簡(jiǎn)單方法[N];電子報(bào);2016年

8 肖舒;俄羅斯發(fā)光二極管燈產(chǎn)量激增[N];遠(yuǎn)東經(jīng)貿(mào)導(dǎo)報(bào);2010年

9 藍(lán)建中;日本可殺菌發(fā)光二極管研制成功[N];中國(guó)食品報(bào);2010年

10 武漢 余俊芳;新型發(fā)光二極管[N];電子報(bào);2010年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 劉洋;單根氧化鋅微米線基異質(zhì)結(jié)發(fā)光二極管研究[D];中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所);2019年

2 趙琳娜;氮化鎵基發(fā)光二極管電流輸運(yùn)和可靠性研究[D];江南大學(xué);2018年

3 徐進(jìn);倒裝聚合物發(fā)光二極管和疊層器件的性能及光譜調(diào)控[D];華南理工大學(xué);2018年

4 黃艷;新型聚對(duì)苯乙炔（PPV）衍生物的合成及其在發(fā)光二極管和太陽(yáng)電池中的應(yīng)用研究[D];四川大學(xué);2005年

5 李穎毅;LEDs（發(fā)光二極管）光轉(zhuǎn)換材料的合成與性能[D];南昌大學(xué);2006年

6 聶海;聚合物半導(dǎo)體發(fā)光二極管的研究[D];電子科技大學(xué);2006年

7 余磊;平衡載流子的注入與傳輸實(shí)現(xiàn)高性能聚合物發(fā)光二極管[D];華南理工大學(xué);2014年

8 徐冰;改善氮化鎵基發(fā)光二極管發(fā)光效率及光萃取效率的研究[D];天津大學(xué);2015年

9 莫小明;低維ZnO異質(zhì)結(jié)發(fā)光二極管研究[D];武漢大學(xué);2014年

10 蔣大鵬;白光LED及相關(guān)照明器件工藝技術(shù)研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院（長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所）;2003年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 何卓非;基于多量子阱結(jié)構(gòu)的高效紅光鈣鈦礦發(fā)光二極管的研究[D];浙江大學(xué);2019年

2 高文莉;熒光碳點(diǎn)在金屬離子檢測(cè)、成像和固體發(fā)光中的應(yīng)用研究[D];河南大學(xué);2018年

3 關(guān)嘉慶;近紅外發(fā)光的稀土金屬聚合物的制備及其聚合物發(fā)光二極管應(yīng)用[D];西北大學(xué);2018年

4 金向程;基于有機(jī)—無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦納米晶發(fā)光二極管的研究[D];蘇州大學(xué);2018年

5 熊自陽(yáng);高性能鈣鈦礦發(fā)光二極管的研究[D];西南大學(xué);2018年

6 馮增勤;鈣鈦礦發(fā)光二極管的性能優(yōu)化研究[D];南京郵電大學(xué);2018年

7 徐賀;發(fā)光二極管痤瘡治療儀控制系統(tǒng)的研制[D];華中科技大學(xué);2016年

8 鄭晨居;GaN基高壓發(fā)光二極管的設(shè)計(jì)和優(yōu)化[D];武漢大學(xué);2018年

9 蘇亞慧;氮化鎵基發(fā)光二極管的低頻噪聲研究[D];西安電子科技大學(xué);2008年

10 楊亦紅;發(fā)光二極管特征參數(shù)分析及其測(cè)試技術(shù)研究[D];浙江大學(xué);2004年

本文編號(hào)：2614967