氧化锌p-型掺杂新方案和紫外发光器件的有源区设计

我们将围绕实现氧化锌体系紫外发光二极管的两大障碍展开技术攻关。一个是提出了一种新的实验方案寻求突破p-型掺杂这个最大的难题，另外一个是在氧化锌体系中设计并生长出新的多元化合物，得到适合于紫外发射的有源层的材料。进一步通过优化有源层的量子结构设计，从而实现高效率紫外发光器件，为半导体照明提供新的解决方案。

本工作围绕氧化锌稳定p-型掺杂及有源层材料设计展开。在高质量ZnO单晶薄膜的生长，基于BeZnO合金的N掺杂热稳定性研究以及BeMgZnO四元合金的能带工程方面都取得了显著的进展。尤其基于合金能带工程的有源层材料设计，获得了5.14eV的带宽，超过文献报道的最好水平。首先我们采用金属Mg作为缓冲层，在蓝宝石衬底上外延生长并获得了高质量ZnO单晶薄膜。X射线衍射测试显示半高宽为137弧秒，室温下霍尔测试显示背景载流子浓度为～10-16/cm-3。在此基础上，我们发现少量Be的合金化，能够大大提高受主元素N的在体相材料中的热稳定性，得到稳定的弱p型导电ZnO薄膜。但是在采用BeZnO合金调节材料能带的时候，我们发现了其薄膜晶体生长窗口窄，同时伴有组分相分离的趋势。我们通过理论计算也发现Be组分为~50%时BeZnO合金形成能极大而不能稳定存在。但是实验发现与理论计算都证实，掺入适量的Mg会极大的降低BeZnO合金的形成能。以此为指导，实验上进一步发现Mg和Be有互相稳定的作用，Be能抑制MgZnO的结构相分离，而Mg能抑制Be的组分相分离。二者结合得到结构稳定的MgBeZnO四元合金晶体，并可实现从紫外到日盲区能带连续可调同时维持体系六方晶体结构不变。最后，我们研究了BeZnO作为势垒层对BeZnO/ZnO多量子阱载流子注入的影响，发现BeZnO作为势垒层，能够有效的将载流子束缚在ZnO势阱中，提高载流子注入效率。