MgZnO/MgO量子阱的生长、物性调控及其深紫外光发射器件研究

深紫外光电子器件在信息、生命、军事和环保等领域有重要应用。为发展波长低于300nm的高效深紫外光发射材料和器件，本课题拟开展MgZnO/MgO量子阱生长、物性调控及其深紫外光发射器件的研究工作。采用脉冲激光沉积技术生长和调控多量子阱结构，建立结构参数（阱深、阱宽、垒宽、周期、对称性）与量子阱能带结构、光学和电学性质的相关性；研究晶格失配导致的应力效应使处于混相区的MgZnO稳定在立方相上的机制，确定相变临界厚度；研究量子限域效应及应力效应对激子发射能量、强度和激子束缚能的影响。以MgZnO/MgO多量子阱为有源层构建光发射器件，利用导带失配大于价带失配的能带特征补偿电子和空穴在迁移率上的差异，促进载流子在MgZnO中辐射复合，获得高效深紫外电致发光和电泵激射；研究器件性能与其结构的相关性及器件中载流子注入、输运、复合等动力学过程；该课题涉及材料、物理及光电子交叉学科，是该领域中的前沿方向。

深紫外光发射器件在信息存储、紫外通讯、固态照明等军事和民用领域均有重要应用。本课题围绕ZnO基宽禁带半导体的深紫外发光材料与器件，从能带工程、应变工程、界面工程等角度，开展了系统研究工作。取得如下主要结果：（1）设计并构筑了全立方相MgZnO/MgO应变多量子阱结构，实现了生长取向、阱层厚度、能带结构的调控；（2）利用压应变效应，在MgZnO/MgO多量子阱上获得了261nm的深紫外发光；（3）研制了基于MgxZn1-xO/MgO异质结构的PIN型和MIS型紫外发光/激光二极管原型器件，并通过引入纳米结构和表面等离激元，实现了器件效率的提升。该项研究为克服MgZnO合金的相分离困难并将其带隙拓展至深紫外区提供了可行思路，推进了ZnO材料的器件化。相关结果在Advanced Functional Materials、Nanoscale、Carbon、Applied Physics Letters等杂志上报道；发表SCI检索论文26篇，其中单篇最高SCI引用65次；撰写有关ZnO发光器件的综述性文章1篇。申请国家发明专利4项（授权1项）。承办国际学术会议1次，在国内外学术会议上作相关主题报告11次。