一维ZnO纳米棒、ZnO纳米同质p-n结发光器件的低成本溶液法制备及其性能研究

目前ZnO已成为短波长光电功能材料领域内的新焦点，但是由于ZnO单晶薄膜难以获得、多晶薄膜中晶界和缺陷的存在，大大增加了ZnO的非辐射复合几率。另外，ZnO薄膜高效稳定的p-型掺杂问题尚未得到实质性解决，严重限制了ZnO基光电器件的开发应用。本项目在已有低成本低温溶液法制备ZnO纳米棒的基础上，提出利用纳米材料晶体完整无晶界等独特优点，充分发挥ZnO纳米结构引起的量子限域效应和量子尺寸效应特性，制备ZnO基纳米结构p-n结并制备其电注入纳米阵列发光器件。创新性地提出以GaAs(或InP)衬底或其他衬底溅射GaAs(或InP)掺杂夹层为As(或P)源通过热处理技术实现p型掺杂，利用旋涂高分子有机物实现纳米棒侧壁钝化及线间绝缘填充，研制ZnO原型纳米阵列发光器件。预期可得到具有原始创新性的ZnO基纳米结构p-n结制备方法和光电器件，为ZnO基电泵浦紫外光电器件的研制开辟一条新途径。

本项目提出利用低成本低温溶液法制备一维ZnO纳米棒，在此基础上利用纳米材料晶体完整无晶界等独特优点，充分发挥一维ZnO纳米结构引起的量子限域效应和量子尺寸效应特性，制备ZnO基纳米结构p-n结并制备其电注入纳米阵列发光器件。创新性地提出以GaAs衬底为As源通过热处理技术实现p型掺杂，研制ZnO原型纳米阵列发光器件。项目中利用低温溶液法制备出了六角结构的ZnO纳米整列，通过调节籽晶层厚度实现了ZnO纳米棒直径、长度和取向的控制，研究了生长时间对ZnO纳米棒尺度的影响。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）、光致发光（PL）等测试手段深入分析了ZnO纳米棒的结构、光学和电学等特性。并在此基础上制备出了ZnO纳米棒/ZnO薄膜结构的ZnO同质p-n结LED，实现了具有纳米结构的ZnO LED器件的电注入发光，发光光谱由位于380nm带边发射和位于500nm附近的深能级缺陷发光两部分组成。但所制备的ZnO基LED器件发光效率很低，发光功率尚无法测出。此外还制备了ZnO纳米棒/有机聚合物结构的ZnO基发光器件，并对该器件的性能进行了研究。. 在进行ZnO基纳米材料生长与发光器件研究的同时，项目还进行了ZnO异质结发光器件的制备研究。制备了p-ZnO:N/n-GaN:S结构的ZnO发光器件，该器件的p型层是通过氨气掺杂后利用笑气等离子气氛进行退火后得到的，在正向偏压下，该器件实现了强烈的紫外电注入发光。. 项目执行中发表SCI索引文章11篇。