發(fā)布時間：2017-11-02 07:12

  本文關(guān)鍵詞：原子層沉積方法制備非極性面ZnO基電致發(fā)光器件及其物性研究

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【摘要】：ZnO的高達3.37 eV的禁帶寬度、高達60 meV的激子束縛能和較高的載流子濃度使其成為一種極具發(fā)光應(yīng)用潛力的半導(dǎo)體材料。近年來,許多文獻報道了基于ZnO的紫外LED,以及利用ZnO本征缺陷能級輻射的可見光LED。由于ZnO的p型摻雜性能與穩(wěn)定性低的問題一直未得到很好的解決,使得ZnO同質(zhì)結(jié)器件的研究進展緩慢,目前只能另辟蹊徑,將n型的ZnO與其他p型半導(dǎo)體材料組成異質(zhì)結(jié)。ZnO穩(wěn)定存在為纖鋅礦結(jié)構(gòu),而此結(jié)構(gòu)的c軸方向帶有極化電場,會降低電子空穴復(fù)合的效率,對發(fā)光器件而言非常不利,而避免極化效應(yīng)的最佳方法是制備半極性面或非極性面的器件。本論文研究了原子層沉積方法制備的半極性面、非極性面ZnO薄膜,以及基于非極性面ZnO薄膜的電致發(fā)光器件,主要研究成果如下：一、利用原子層沉積技術(shù)在GaN、Si、非晶基底上生長了ZnO薄膜,并研究了其電學(xué)性質(zhì)以及截然不同的生長模式。在GaN基底上生長的ZnO薄膜的生長面會從(0002)面轉(zhuǎn)變?yōu)?10-11)面,孿晶結(jié)構(gòu)和立方相晶粒的出現(xiàn)使得薄膜中出現(xiàn)了兩種傾斜角度的(10-11)面晶粒,而且這些晶粒的傾斜方向呈六次對稱性,織構(gòu)成一種有規(guī)律的多晶結(jié)構(gòu)。而在非晶基底或Si基底上,可以得到[10-10]擇優(yōu)取向的較大晶�；ハ噼偳抖傻鸟R賽克結(jié)構(gòu)ZnO薄膜。二、選用m面藍寶石作為基底,采用原子層沉積技術(shù)在200℃低溫外延生長高質(zhì)量的m面ZnO薄膜,并表征了ZnO與m面藍寶石之間的外延關(guān)系,觀察到了外延薄膜的應(yīng)力釋放機制。在制備的m面ZnO外延薄膜的基礎(chǔ)上,探索了基于非極性面ZnO薄膜的金屬-絕緣體-半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)發(fā)光器件,觀察了該器件的近紅外隨機激光輻射現(xiàn)象并探討了其機理。三、采用原子層沉積技術(shù),引入電子阻擋層AlN作為n-ZnO/p-Si異質(zhì)結(jié)的插入層,制備了m面ZnO/AlN/p-Si異質(zhì)結(jié)LED,測量并計算了該異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的能帶定位。AlN插入層有效地提高了異質(zhì)結(jié)的發(fā)光效能,在10 V正偏壓下,異質(zhì)結(jié)LED可以發(fā)出含有紅、綠、藍光的擬似白光。本論文著重于原子層沉積技術(shù)生長的非極性面ZnO薄膜在電致發(fā)光器件方面的應(yīng)用,并提出了一種在p-Si基底上制備ZnO基LED的解決方案。
【關(guān)鍵詞】：氧化鋅 原子層沉積 非極性面 異質(zhì)結(jié)
【學(xué)位授予單位】：武漢大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN383.1
【目錄】：

• 摘要9-10
• Abstract10-12
• 引言12-14
• 第一章 緒論14-26
• 1.1 ZnO的基本物理性質(zhì)15-22
• 1.1.1 ZnO的晶體結(jié)構(gòu)15-16
• 1.1.2 ZnO的晶格缺陷16-17
• 1.1.3 ZnO的電學(xué)性質(zhì)17-18
• 1.1.4 ZnO的光學(xué)性質(zhì)18-20
• 1.1.5 ZnO的極化效應(yīng)20-22
• 1.2 異質(zhì)結(jié)光電器件22-26
• 1.2.1 半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)的基本特性23-24
• 1.2.2 半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)與光電器件24-26
• 第二章 材料生長設(shè)備及表征手段26-44
• 2.1 原子層沉積26-36
• 2.1.1 原子層沉積技術(shù)簡介26-27
• 2.1.2 原子層沉積技術(shù)的基本原理27-30
• 2.1.3 原子層沉積生長的特點30-34
• 2.1.4 原子層沉積設(shè)備的結(jié)構(gòu)34-36
• 2.2 高分辨X射線衍射36-38
• 2.3 透射電子顯微鏡38-42
• 2.4 光致發(fā)光42-44
• 第三章 ALD沉積ZnO薄膜的生長特性44-60
• 3.1 ZnO薄膜的ALD制備工藝44-46
• 3.2 ALD方法制備的ZnO薄膜的電學(xué)性質(zhì)46-47
• 3.3 ALD方法制備的ZnO薄膜的晶體結(jié)構(gòu)47-58
• 3.3.1 以GaN作為基底47-54
• 3.3.2 以非晶材料和Si作為基底54-58
• 3.4 小結(jié)58-60
• 第四章 非極性m面ZnO基電泵浦隨機激光器件60-70
• 4.1 引言60-61
• 4.2 非極性m面ZnO外延薄膜61-65
• 4.2.1 XRD結(jié)果分析62
• 4.2.2 TEM結(jié)果分析62-64
• 4.2.3 XPS結(jié)果分析64-65
• 4.3 m面ZnO基MIS器件的隨機激光輻射65-69
• 4.3.1 MIS器件的PL結(jié)果分析66-67
• 4.3.2 MIS器件的EL結(jié)果分析67-69
• 4.4 小結(jié)69-70
• 第五章 非極性面n-ZnO/AlN/p-Si準(zhǔn)白光LED70-82
• 5.1 引言70-71
• 5.2 非極性m面n-ZnO/AlN/p-Si異質(zhì)結(jié)的制備與表征71-76
• 5.2.1 異質(zhì)結(jié)XRD結(jié)果分析72
• 5.2.2 異質(zhì)結(jié)的能帶定位72-76
• 5.3 n-ZnO/AlN/p-Si異質(zhì)結(jié)LED的性能76-80
• 5.3.1 異質(zhì)結(jié)Ⅰ-Ⅴ結(jié)果分析76-77
• 5.3.2 異質(zhì)結(jié)EL結(jié)果分析77-79
• 5.3.3 異質(zhì)結(jié)PL結(jié)果分析79-80
• 5.4 小結(jié)80-82
• 第六章 總結(jié)與展望82-84
• 6.1 主要研究成果82-83
• 6.2 展望83-84
• 參考文獻84-97
• 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文97-99
• 致謝99

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1 李慧盈;駱楊;陳平;段羽;;紅色電致發(fā)光器件的母體結(jié)構(gòu)研究(英文)[J];中國通信;2012年02期

2 葛葆s，

本文編號：1130502