ZnO納米棒-GaN異質(zhì)結(jié)的生長及其Ag摻雜研究.pdf

1、寬禁帶半導(dǎo)體材料ZnO具有較高的激子束縛能，作為紫外發(fā)光材料具有獨(dú)特優(yōu)勢，但是高質(zhì)量p型摻雜的ZnO很難制備，這也嚴(yán)重阻礙了ZnO基LED的發(fā)展。GaN和ZnO同為六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)，有相似的晶格常數(shù)和禁帶寬度，因此用p-GaN代替p-ZnO制備n-ZnO/p-GaN異質(zhì)結(jié)具有獨(dú)特優(yōu)勢。例如，在n-ZnO/p-GaN異質(zhì)結(jié)中，輻射復(fù)合主要發(fā)生在p-GaN層中，而ZnO一側(cè)發(fā)光能有效提高發(fā)光性能。但是，GaN襯底微觀結(jié)構(gòu)對(duì)ZnO的生長形貌及發(fā)

2、光性能的影響被目前的研究忽略。針對(duì)以上問題，本文研究了不同性質(zhì) GaN襯底對(duì) ZnO納米棒形貌、微結(jié)構(gòu)及發(fā)光性能的影響；Ag摻雜對(duì)ZnO納米棒結(jié)構(gòu)以及對(duì)n-ZnO/p-GaN異質(zhì)結(jié)發(fā)光性能的影響。本文研究的工作主要有：
　　1.通過水熱法在非故意摻雜GaN（u-GaN）和p型摻雜GaN（p-GaN）上制備了 ZnO納米棒陣列，研究了在無種子層且無金屬催化劑的情況下u-GaN和p-GaN襯底對(duì)ZnO納米棒生長的影響。結(jié)果表明，相比u

3、-GaN上的生長，在 p-GaN上生長的 ZnO納米棒直徑較細(xì)且密度更大，這是由于p-GaN界面更粗糙，界面能量更大，為ZnO的生長提供了更多的形核區(qū)域；此外，p-GaN上所沉積的ZnO納米棒在378.3 nm處有一個(gè)較強(qiáng)的近代邊發(fā)射峰，且峰強(qiáng)比較強(qiáng)，說明在p-GaN上所制備的ZnO納米棒的晶體質(zhì)量和光學(xué)性能比在u-GaN上制備的納米棒更好。
　　2.通過水熱法在p-GaN制備不同Ag摻雜的ZnO納米棒。研究了不同的Ag摻雜濃度對(duì)

4、ZnO納米棒和ZnO納米棒/p-GaN異質(zhì)結(jié)的影響。結(jié)果表明，隨著Ag摻雜濃度的增加，ZnO（0002）面衍射峰向角度減小的方向發(fā)生微小移動(dòng)，這可能是由于Ag+置換了ZnO晶格中的部分Zn2+使晶格常數(shù)略增加。隨著Ag摻雜濃度的增加，近帶邊發(fā)光峰發(fā)生一定的紅移并且強(qiáng)度逐漸減弱，黃帶發(fā)光峰逐漸增強(qiáng)，這是由于摻雜的Ag以替位原子或者間隙原子進(jìn)入 ZnO晶格后，導(dǎo)致 ZnO納米棒晶體質(zhì)量變差。研究中發(fā)現(xiàn)隨著Ag摻雜濃度的增加，ZnO納米棒/p

5、-GaN異質(zhì)結(jié)具有更好的傳輸效率。
　　3.通過水熱法在p-GaN制備不同生長時(shí)間的Ag摻雜ZnO納米棒，研究了不同的ZnO生長時(shí)間對(duì)Ag摻雜ZnO納米棒/p-GaN異質(zhì)結(jié)形貌和光學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，隨著生長時(shí)間的增加Ag摻雜ZnO納米棒的直徑尺寸略微減小，并且從6 h增加到9 h時(shí)所生長的ZnO納米棒中開始出現(xiàn)團(tuán)簇狀大尺寸的棒狀 ZnO，這是由于隨著生長時(shí)間的增加，ZnO形核數(shù)量的減少導(dǎo)致。同時(shí)隨著生長時(shí)間的增加，所制備樣品