磷摻雜ZnO納米線及發(fā)光器件的制備和研究.pdf

1、氧化鋅(ZnO)是寬禁帶半導(dǎo)體材料，室溫下的禁帶寬度為3.37eV，具有相對(duì)高的激子束縛能60mev，這使得ZnO納米材料成為下一代短波長(zhǎng)光電器件的最理想候選材料之一，尤其是在藍(lán)紫光發(fā)光二極管(LEDs)和激光器(LDs)等領(lǐng)域中有極好的應(yīng)用前景和開發(fā)價(jià)值。然而，為了實(shí)現(xiàn)ZnO基納米光電器件的應(yīng)用，首先制備出性能良好的n型和p型ZnO納米材料是必不可少的，由于ZnO是本征的n型半導(dǎo)體材料，很容易獲得高質(zhì)量的n型ZnO納米材料，所以如何獲

2、得p型ZnO納米材料就成為了國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。
　　 本文針對(duì)ZnO研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)和難點(diǎn)，利用簡(jiǎn)單的化學(xué)氣相沉積技術(shù)成功的制備出高質(zhì)量的n－ZnO納米線和p－ZnO納米線，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了p－ZnO納米線/n－ZnO納米線/n－Si結(jié)構(gòu)的同質(zhì)LED器件的制備及其光電性質(zhì)的研究。取得的主要結(jié)果如下：
　　 (1)采用化學(xué)氣相沉積法(CVD)，在不使用任何金屬催化劑的條件下，在低阻n－Si(111)襯底上成功制備出不同磷含

3、量的ZnO納米線。通過X射線衍射(XRD)和場(chǎng)發(fā)射的掃描電鏡(FE－SEM)觀察表明，隨著磷含量的增加，ZnO納米線的晶體結(jié)構(gòu)和取向性都開始變差并且納米線頂端會(huì)變的更加尖銳。此外，在低溫(20K)光致發(fā)光(PL)光譜中還觀測(cè)到了與磷元素相關(guān)的中性受主束縛激子發(fā)光峰(A0X)，該發(fā)光峰的強(qiáng)度會(huì)隨著磷含量增加而變強(qiáng)，證實(shí)了磷元素作為受主摻雜進(jìn)入ZnO晶格中。
　　 (2)利用化學(xué)氣相沉積技術(shù)(CVD)，成功在低阻n－Si(111)襯

4、底上制備出p-ZnO納米線/n－ZnO納米線/n－Si結(jié)構(gòu)的同質(zhì)LED器件。通過X射線衍射(XRD)、場(chǎng)發(fā)射的掃描電鏡(FE-SEM)和低溫(20K)PL對(duì)未摻雜和磷摻雜的ZnO納米線進(jìn)行了晶體結(jié)構(gòu)、表面形貌和光學(xué)性質(zhì)的測(cè)試。此外，對(duì)于ZnO納米線同質(zhì)LED器件，通過測(cè)試該器件表現(xiàn)出良好的整流特性，并且在40mA的電致發(fā)光譜中，呈現(xiàn)出兩個(gè)發(fā)光峰，一個(gè)是位于3.18eV的紫外發(fā)光峰，另一個(gè)是位于2.39eV可見發(fā)光峰。結(jié)果證實(shí)了磷摻雜Zn