本文關(guān)鍵詞：高質(zhì)量ZnO薄膜的MOCVD法可控生長及其發(fā)光器件研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：作為新型的寬帶隙半導(dǎo)體材料，ZnO以其較大的帶寬和高的激子束縛能自然成為人們研究的熱點(diǎn)材料。然而，目前ZnO材料的制備還滿足不了器件的要求，尤其是p型摻雜問題還沒有得到很好的解決，而且所制備的ZnO基發(fā)光器件都存在發(fā)光效率低、穩(wěn)定性和可靠性較差等問題。本論文基于MOCVD技術(shù)，重點(diǎn)圍繞高質(zhì)量ZnO薄膜的可控制備及其關(guān)鍵物理特性和高性能異質(zhì)結(jié)器件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)兩方面展開了細(xì)致的研究，目的是制備出高效率的ZnO基發(fā)光二極管和激光器件。具體研究內(nèi)容如下： 采用光輔助MOCVD技術(shù)，通過優(yōu)化多個(gè)生長參量（光輻照強(qiáng)度、生長溫度和反應(yīng)壓強(qiáng)）成功制備出高質(zhì)量的ZnO單晶薄膜和多維度ZnO納米結(jié)構(gòu)，并對(duì)其外延生長機(jī)理進(jìn)行深入理解，為后續(xù)其在發(fā)光器件中的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。 基于已獲得的高質(zhì)量ZnO材料，成功制備出高效率的n-ZnO/p-GaN基發(fā)光器件，通過對(duì)所制備器件的特性分析來解決其發(fā)光機(jī)制不明確、器件外量子效率低和工作穩(wěn)定性差等難題。 利用GaAs夾層摻雜技術(shù)開展p型ZnO材料的制備研究，并通過制備p-ZnO/n-SiC和p-ZnO/n-GaN/n-SiC兩種異質(zhì)結(jié)器件證實(shí)了ZnO:As薄膜的p型導(dǎo)電特性。所制備的器件均表現(xiàn)出良好的發(fā)光性能和工作穩(wěn)定性。 以ZnO/Si異質(zhì)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)開展了雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)光器件的制備，，通過在器件中引入具有圓形窗口的SiO2電流限制層，有效地降低了隨機(jī)激光器件的閾值電流。我們重點(diǎn)研究了隨機(jī)激光器的閾值特性、諧振模式和不對(duì)稱雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)中的載流子注入和限制輪廓。 以高質(zhì)量的ZnO納米結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)構(gòu)筑了基于ZnO/MgO核殼異質(zhì)結(jié)構(gòu)的金屬-絕緣層-半導(dǎo)體（MIS）結(jié)型激光器件，成功實(shí)現(xiàn)了來自于ZnO的低閾值激光，對(duì)所制備激光器的低閾值特性、諧振模式和溫度敏感特性進(jìn)行了細(xì)致的研究。特別是利用二維ZnO納米墻網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)制備出一種具有中空微腔準(zhǔn)回音壁諧振模式的新型激光器件，該器件具有超低的激射閾值（2.1mA，對(duì)應(yīng)的閾值電流密度為0.27A/cm2），其激光發(fā)射行為可持續(xù)到高溫430K。
【關(guān)鍵詞】：ZnO MOCVD 光輔助 As摻雜 異質(zhì)結(jié)LEDs 電致發(fā)光 受激發(fā)射
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN304.21;TB383.2
【目錄】：

• 內(nèi)容提要4-9
• 第1章 緒論9-35
• 1.1 ZnO 材料簡介10-12
• 1.1.1 ZnO 材料的基本性質(zhì)10
• 1.1.2 ZnO 材料的晶體結(jié)構(gòu)10-11
• 1.1.3 ZnO 材料的應(yīng)用11-12
• 1.2 ZnO 材料的研究進(jìn)展12-18
• 1.2.1 ZnO 單晶薄膜研究12-14
• 1.2.2 ZnO 納米結(jié)構(gòu)研究14
• 1.2.3 ZnO 的 p 型摻雜研究14-18
• 1.3 ZnO 基光電器件的研究進(jìn)展18-25
• 1.3.1 ZnO 基紫外 LEDs 的研究進(jìn)展18-21
• 1.3.2 ZnO 基紫外 LDs 的研究進(jìn)展21-25
• 1.4 本論文的選題依據(jù)與研究內(nèi)容25-27
• 參考文獻(xiàn)27-35
• 第2章 光輔助 MOCVD 法可控生長高質(zhì)量 ZnO 外延膜35-87
• 2.1 引言35
• 2.2 光輔助 MOCVD 系統(tǒng)35-42
• 2.2.1 MOCVD 系統(tǒng)簡介35
• 2.2.2 本論文中用于制備 ZnO 薄膜的 MOCVD 系統(tǒng)35-39
• 2.2.3 MOCVD 法制備 ZnO 材料的工藝簡介39-42
• 2.3 光輔助 MOCVD 法可控生長 ZnO 單晶薄膜42-53
• 2.3.1 光輻照強(qiáng)度對(duì) ZnO 形貌特性的影響42-45
• 2.3.2 光輻照強(qiáng)度對(duì) ZnO 結(jié)晶特性的影響45-48
• 2.3.3 光輻照強(qiáng)度對(duì) ZnO 光學(xué)特性的影響48-52
• 2.3.4 光輻照強(qiáng)度對(duì) ZnO 電學(xué)特性的影響52-53
• 2.4 光輔助 MOCVD 法可控生長多維度 ZnO 外延層53-63
• 2.4.1 實(shí)驗(yàn)過程簡述53-54
• 2.4.2 生長條件對(duì) ZnO 外延層形貌特性的影響54-58
• 2.4.3 生長條件改變對(duì)外延層維度調(diào)節(jié)的機(jī)制分析58-61
• 2.4.4 GaN/c-Al2O3襯底上二維 ZnO 厚膜的結(jié)晶特性分析61-63
• 2.4.5 不同維度 ZnO 外延層的光學(xué)特性研究63
• 2.5 二維 ZnO 納米墻網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的可控生長及其特性研究63-73
• 2.5.1 ZnO 納米墻網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的常用制備方法64-65
• 2.5.2 ZnO 納米墻網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形貌與結(jié)晶特性65-66
• 2.5.3 ZnO 納米墻網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的生長機(jī)制分析66-69
• 2.5.4 不同微孔尺寸 ZnO 納米墻網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的可控制備69-73
• 2.6 一維 ZnO 納米線陣列結(jié)構(gòu)的可控生長及其特性研究73-81
• 2.6.1 實(shí)驗(yàn)過程簡述73-74
• 2.6.2 生長條件對(duì) ZnO 納米線陣列的特性影響74-79
• 2.6.3 一維 ZnO 納米線的生長機(jī)制分析79-81
• 2.7 本章小結(jié)81-83
• 參考文獻(xiàn)83-87
• 第3章 n-ZnO/p-GaN 異質(zhì)結(jié)器件的特性研究87-113
• 3.1 引言87-88
• 3.2 n-ZnO 納米墻網(wǎng)絡(luò)/p-GaN 異質(zhì)結(jié)器件的制備及其特性研究88-99
• 3.2.1 器件的制備流程88-91
• 3.2.2 ZnO 納米墻網(wǎng)絡(luò)的材料特性研究91-92
• 3.2.3 n-ZnO 納米墻網(wǎng)絡(luò)/p-GaN 異質(zhì)結(jié)的能帶結(jié)構(gòu)92-93
• 3.2.4 n-ZnO 納米墻網(wǎng)絡(luò)/p-GaN 異質(zhì)結(jié)器件的電學(xué)特性研究93-97
• 3.2.5 n-ZnO 納米墻網(wǎng)絡(luò)/p-GaN 異質(zhì)結(jié)器件的溫度敏感特性97-99
• 3.3 n-ZnO 納米線/ZnO 單晶膜/p-GaN 異質(zhì)結(jié)器件的制備及其特性研究99-106
• 3.3.1 器件的制備流程99-100
• 3.3.2 ZnO 單晶薄膜、納米線陣列的材料特性研究100-101
• 3.3.3 n-ZnO 納米線/ZnO 單晶膜/p-GaN 異質(zhì)結(jié)器件的電學(xué)特性研究101-105
• 3.3.4 n-ZnO 納米線/ZnO 單晶膜/p-GaN 異質(zhì)結(jié)器件的溫度敏感特性105-106
• 3.4 本章小結(jié)106-109
• 參考文獻(xiàn)109-113
• 第4章 As 摻雜制備 p-ZnO 薄膜及異質(zhì)結(jié)發(fā)光器件113-139
• 4.1 引言113-114
• 4.2 As 摻雜 ZnO 薄膜的特性研究114-123
• 4.2.1 As 摻雜 ZnO 的受主形成機(jī)制114-115
• 4.2.2 GaAs 夾層方法制備 p-ZnO 薄膜115
• 4.2.3 生長溫度對(duì) ZnO:As 薄膜性質(zhì)的影響115-120
• 4.2.4 ZnO:As 薄膜的光學(xué)特性120-123
• 4.3 p-ZnO:As 基異質(zhì)結(jié)發(fā)光器件的研究123-133
• 4.3.1 p-ZnO:As/n-SiC 異質(zhì)結(jié)發(fā)光器件的制備及其特性研究123-127
• 4.3.2 p-ZnO:As/n-GaN/n-SiC 異質(zhì)結(jié)發(fā)光器件的制備及其特性研究127-133
• 4.4 本章小結(jié)133-135
• 參考文獻(xiàn)135-139
• 第5章 Si 基 ZnO 發(fā)光器件的特性研究139-166
• 5.1 引言139-140
• 5.2 n-ZnO/i-MgZnO/p-Si 異質(zhì)結(jié)器件的制備及其特性研究140-145
• 5.2.1 n-ZnO/i-MgZnO/p-Si 異質(zhì)結(jié)器件的制備140
• 5.2.2 ZnO、MgZnO 薄膜的特性研究140-142
• 5.2.3 n-ZnO/i-MgZnO/p-Si 異質(zhì)結(jié)器件的電學(xué)特性研究142-145
• 5.3 n-MgZnO/i-ZnO/SiO_2/p-Si 不對(duì)稱雙異質(zhì)結(jié)器件的制備及其特性研究145-160
• 5.3.1 隨機(jī)激光的簡介及發(fā)展145-150
• 5.3.2 器件的制備流程150-152
• 5.3.3 ZnO、MgZnO 薄膜的特性研究152-153
• 5.3.4 n-MgZnO/i-ZnO/SiO_2/p-Si 異質(zhì)結(jié)器件的電學(xué)特性研究153-156
• 5.3.5 n-MgZnO/i-ZnO/SiO_2/p-Si 異質(zhì)結(jié)器件的激射行為分析156-160
• 5.4 本章小結(jié)160-162
• 參考文獻(xiàn)162-166
• 第6章 基于 ZnO/MgO 核殼納米結(jié)構(gòu)的紫外激光器件制備及其特性研究166-197
• 6.1 引言166-167
• 6.2 ZnO 納米線基 MIS 結(jié)型 LDs 的制備及其特性研究167-178
• 6.2.1 ZnO 納米線/MgO 核殼異質(zhì)結(jié)構(gòu)的制備167-170
• 6.2.2 ZnO 納米線/MgO 核殼異質(zhì)結(jié)構(gòu)的光學(xué)特性分析170-172
• 6.2.3 ZnO 納米線基 MIS 結(jié)型 LDs 的制備及其電學(xué)特性172-174
• 6.2.4 ZnO 納米線基 MIS 激光器件的激射行為分析174-178
• 6.3 ZnO 納米墻網(wǎng)絡(luò)基 MIS 結(jié)型 LDs 的制備及其特性研究178-186
• 6.3.1 ZnO 納米墻網(wǎng)絡(luò)/MgO 核殼異質(zhì)結(jié)構(gòu)的制備178-179
• 6.3.2 ZnO 納米墻網(wǎng)絡(luò)基 MIS 結(jié)型 LDs 的制備及其電學(xué)特性179-182
• 6.3.3 ZnO 納米墻網(wǎng)絡(luò)基 MIS 激光器件的激射行為分析182-186
• 6.4 n-ZnO/MgO/p-NiO 納米線三層核殼結(jié)構(gòu)雙向驅(qū)動(dòng)發(fā)光器件186-191
• 6.4.1 ZnO/MgO/NiO 三層核殼異質(zhì)結(jié)構(gòu)的制備186-187
• 6.4.2 n-ZnO/MgO/p-NiO 異質(zhì)結(jié)器件的制備及其電學(xué)特性187-189
• 6.4.3 n-ZnO/MgO/p-NiO 異質(zhì)結(jié)中載流子產(chǎn)生、傳輸和復(fù)合機(jī)制分析189-191
• 6.5 本章小結(jié)191-193
• 參考文獻(xiàn)193-197
• 結(jié)論197-201
• 本論文的創(chuàng)新點(diǎn)201-203
• 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文203-209
• 致謝209-211
• 中文摘要211-214
• Abstract214-216

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 林碩;沈曉明;張保平;李福賓;李建功;孟祥海;;InGaN單結(jié)太陽電池中的淺能級(jí)雜質(zhì)的理論計(jì)算和模擬[J];科學(xué)通報(bào);2010年15期

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 李香萍;ZnO薄膜的MOCVD制備及ZnO/Si發(fā)光器件研究[D];吉林大學(xué);2009年

2 王輝;NiO材料制備及其光電器件研究[D];吉林大學(xué);2013年

3 李偉;MOCVD法制備REBCO超導(dǎo)厚膜及多層膜夾層材料的結(jié)構(gòu)和性能研究[D];吉林大學(xué);2013年

  本文關(guān)鍵詞：高質(zhì)量ZnO薄膜的MOCVD法可控生長及其發(fā)光器件研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：264929