Na掺杂单晶ZnO的光致发光性质研究

摘要

近年来，氧化锌(ZnO)因其独有的优越性能，和在许多领域应用的巨大潜力而备受关注。然而，高性能又稳定可靠的p型ZnO一直没能实现，这严重阻碍了ZnO基光电器件的发展。Ⅰ族元素中的Na在ZnO中存在较浅的受主能级，利用Na掺杂可实现p型ZnO，但其稳定性仍有待提高，其掺杂机理也有待深入研究。本文主要用发光光谱研究Na在ZnO中的行为，为了创造有参考意义的环境，减少背景缺陷的干扰，选用金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法生长的ZnO纳米棒和ZnO体单晶两种高质量ZnO进行Na掺杂，主要研究内容包括以下两个方面:
　　1.通过MOCVD法成功地生长了Na掺杂的ZnO纳米棒阵列。光致发光(PL)分析发现，不同于未掺杂的ZnO纳米棒，在Na掺杂的纳米棒中低温PL谱中主导发光的是离化施主束缚激子(D+X)，表明Na在其中作为受主与施主发生了高度补偿，结合XPS价带谱中观察到费米能级向价带的移动，证明了Na的受主行为。
　　2.成功地对c面(0001)和a面(1120)的ZnO体单晶进行了不同能量和剂量的Na离子注入。通过PL谱讨论了不同温度对Na注入的ZnO体单晶的结构影响，在650℃退火后普遍发现了Na相关的中性受主束缚激子(A0X)发光峰，证明Na此温度下最容易被激活。对Na受主参与的施主受主对(DAP)发光的追踪测试结果表明NaZn并不稳定。之后对比了不同注入能量、不同注入剂量和不同晶向的基底对Na受主形成的影响，发现Na掺杂主要受晶体极性调控。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 前言

1．2 ZnO的基本结构与性质

1．2．1 ZnO的晶体结构与能带结构

1．2．2 ZnO的基本性质与结构形态

1．3 ZnO中的本征缺陷与Na掺杂

1．3．1 ZnO中的本征缺陷

1．3．2 ZnO中的Na掺杂

1．4 ZnO中的光致发光现象

1．4．1 ZnO纳米结构的光致发光

1．4．2 ZnO体单晶的光致发光

1．5 本文使用的主要表征手段

1．6 本文的主要内容

第二章 MOCVD生长的Na掺杂ZnO纳米棒发光性质研究

2．1 引言

2．2 ZnO纳米棒的制备与表征

2．2．1 ZnO纳米棒的制备

2．2．2 ZnO纳米棒的表征

2．3 Na掺杂对ZnO纳米棒光致发光行为影响研究

2．4 Na掺杂对ZnO费米能级的影响

2．5 Na掺杂对ZnO纳米棒电学性质的影响

2．6 本章小结

第三章 Na离子注入ZnO体单晶的发光性质研究

3．1 引言

3．2 ZnO体单晶性质与离子注入

3．2．1 ZnO体单晶的基本性质

3．2．2 Na离子注入后ZnO体单晶的性质变化

3．3 不同退火温度对Na注入ZnO单晶光致发光行为影响研究

3．3．1 不同退火温度对Na注入c面ZnO体单晶光致发光行为的影响

3．3．2 不同退火温度对Na注入a面ZaO体单晶光致发光行为的影响

3．3．3 650℃退火后的变温PL研究

3．4 近带边发光峰随时间变化的研究

3．5 不同能量、剂量及不同晶向ZnO单晶对Na注入后光致发光行为影响研究

3．5．1 不同能量的Na离子注入后对光致发光的影响

3．5．2 不同剂量的Na离子注入后对光致发光的影响

3．5．3 不同晶向ZnO单晶对Na离子注入后光致发光的影响

3．6 本章小结

第四章 总结与展望

4．1 本文结论

4．2 本文创新之处

4．3 未来展望

参考文献

致谢

个人简历

攻读学位期间发表的学术论文与取得的其它研究成果