激光辐照对氧化锌薄膜载流子浓度调控技术研究

本项目拟通过研究激光辐照氧化锌薄膜的技术参数与薄膜光致发光谱、载流子浓度间的相互关系，实现激光辐照调控氧化锌薄膜载流子浓度的新方法；在此基础上，揭示不同载流子浓度的氧化锌薄膜近带边发射的机理。首先研制248 nm准分子激光均束器，建立准分子激光辐照功能材料实验系统；然后，系统研究激光波长、功率密度、辐照时间、辐照方式、环境气氛等对激光辐照氧化锌薄膜光致发光谱、载流子浓度的影响规律；随后，对激光辐照氧化锌薄膜进行晶格结构、成分、微结构、施主缺陷浓度表征，研究其与激光辐照技术参数间的关系；在此基础上，从激光辐照工艺- - 缺陷浓度- - 光致发光性能的关系出发，综合分析激光辐照导致氧化锌薄膜载流子浓度变化的机理，并实现其有效控制。本项目研究结果，对提高和局域调控氧化锌基光电器件的性能将提供拥有自主知识产权的技术基础。经文献和专利检索，目前还未见相关报导。

本项目提出并研究采用激光辐照调控氧化锌薄膜载流子浓度的新技术，在此基础上研究不同载流子浓度的氧化锌薄膜近带边发射的机理。首先，自主研制了248 nm准分子激光复眼均束器，自主设计并建立了激光辐照功能材料实验系统，可以在密闭环境气氛下进行辐照实验。系统研究了激光波长、辐照功率密度、辐照时间以及环境气氛等对氧化锌薄膜以及氧化锌单晶光致发光、载流子浓度的影响规律；发现准分子激光辐照于薄膜表面时，热效应和光化学效应并存，使得薄膜辐照层内的浅施主缺陷（氧空位或者锌填隙）大量增加，从而降低了薄膜的表面电阻率，提高了薄膜的导电性，实现了本征氧化锌薄膜的载流子浓度1015～1019cm-3范围内的连续调控。激光辐照大大增强了氧化锌薄膜的紫外发射强度，研究了载流子浓度与紫外发射强度相互关联的规律，揭示了不同缺陷浓度的氧化锌薄膜室温下的近带边紫外发射机理，室温下氧化锌薄膜的紫外发射包括自由激子复合FX及其声子伴线复合FX-LO，FX与FX-LO的发射强度都与缺陷浓度有直接的关系，随着缺陷增多，薄膜的FX发射强度降低，而其声子伴线FX-LO的强度增加，相对强度比FX/FX-LO决定了室温下紫外UV发射峰的强度和位置甚至形状。准分子激光辐照后，氧化锌单晶以及不同生长方法制备的氧化锌薄膜（PLD技术以及MOCVD）都表现出相似的光电特性，说明激光辐照对于氧化锌类材料具有普适性。通过偏振荧光的方法从未经极化处理的退火氧化锌单晶的荧光光谱中直接观察到了氧空位和锌空位各自的荧光峰。在该项目研制的激光辐照功能材料系统中，辅之开展研究了激光辐照对氧化物单晶、PVDF等高分子材料的表面浸润性影响，发现了一些有趣的激光辐照效应。在本项目的支持下发表SCI收录论文 9 篇，EI收录论文 7 篇。已申请国家发明专利和实用新型专利5项、获得国家发明专利授权1项。