非极性面ZnO/ZnCdO量子阱结构LED外延材料生长与器件制备研究

ZnO在制备蓝紫发光二极管（LED）、紫外半导体激光器等方面具有重要应用前景。目前沿传统极性轴c方向生长的ZnO材料与器件还存在p型掺杂困难、量子阱结构LED发光效率受自发极化和压电极化效应影响严重等问题。本课题拟采用MOCVD技术，以晶格匹配度高的非极性面a-GaN/r-Al2O3模板为衬底，并结合凹槽图案化横向外延生长技术，进行高质量非极性a面ZnO薄膜及其ZnO/ZnCdO量子阱结构的生长研究。非极性面的选取，既可为ZnO薄膜的 p型掺杂问题提供可能的解决途径，又可消除极化效应对ZnO基量子阱结构LED发光效率等的不利影响。通过优化非极性面ZnO薄膜生长参数、n型与p型掺杂工艺、ZnO/ZnCdO量子阱结构生长以及欧姆接触电极制作工艺等，同时深入研究材料与器件质量提升过程中如量子限制Stark效应等基本物理问题，最终研制出基于非极性面ZnO/ZnCdO量子阱结构的LED发光器件。

ZnO在制备蓝紫发光二极管（LED）、紫外半导体激光器等方面具有重要应用前景。目前沿传统极性轴c方向生长的ZnO材料与器件还存在p型掺杂困难、量子阱结构LED发光效率受自发极化和压电极化效应影响严重等问题。本课题基于目前极性面ZnO基LED中存在的问题进行非极性面材料学研究。首先通过MOCVD脉冲原子层沉积结合图案化蓝宝石衬底技术，获得了表面平均粗糙度（RMS）为1.2 nm，（11-20）XRC半高宽仅为0.19°，位错密度为1E7 cm-2的a-GaN薄膜。在此基础上，对其表面进行进行凹槽图案化，并以此为模板进行a-ZnO薄膜的不同生长温度下的生长研究。研究表面，随着生长温度的升高，ZnO薄膜表面逐渐改善，当生长温度为600℃时，得到了结构致密、单一取向的a面ZnO薄膜。最后采用PLD技术，在a-GaN/r-sapphire模板上进行了势垒层a-MgZnO的材料生长研究，获得了Mg含量为12 at%，RMS为3.536 nm，XRC半高宽沿c方向为0.316°，沿m方向为0.6°的a-MgZnO薄膜。该结果已达到国际水平。