集成了不同量子阱的PIN型氧化锌纳米线LED阵列的构筑与电致发光性能研究

纳米线异质结是微纳光电子器件的基本构筑单元，也是研究低维系统光电特性的理想模型。本项目拟采用脉冲激光沉积(PLD)技术，通过衬底诱导外延生长不同取向(极性)的ZnO/ZnMgO薄膜量子阱，采用缓冲层竞争和纳米线模板诱导相结合的策略，生长轴向(极性)和径向(非极性)ZnO/ZnMgO纳米线量子阱，用光致发光谱研究极性不同的量子阱中载流子限域特征。利用激光烧蚀法（PLA）通过控制靶材成分生长受主掺杂的氧化锌纳米线，揭示不同受主掺杂形态的荧光指纹特征及对氧化锌p型导电的影响，探索共掺杂提高p型稳定性机理。进而综合利用PLD/PLA构筑具有不同量子阱结构的氧化锌PIN结，并组装成纳米线发光二极管(LED)阵列。通过电致发光谱研究量子阱结构对氧化锌纳米线LED光学性质的影响，阐明载流子在不同纳米线LED中的注入与复合规律，并揭示纳米线LED性能与量子阱中载流子限域效应之间的关联。

氧化锌被认为是可以替代或与氮化镓相竞争的、可用于紫外发光二极管（LED）的光电子材料。由于氧化锌基薄膜和体材的p型掺杂问题尚没有完全解决，基于氧化锌纳米线具有晶体完整、质量好、无晶界、生长不依赖于衬底等特点，本项目综合采用高压、低压脉冲激光沉积(HP/LP-PLD)技术，在氧化锌纳米线的p型掺杂、氧化锌纳米线量子阱及氧化锌纳米线同质、异质PN结LED等方面进行了深入探索。.（1）利用自主设计加工的高压脉冲激光烧蚀沉积(HP-PLD)系统（正在申请专利），选取V族元素磷（P）和I族元素钠（Na）为掺杂剂，研究了腔内压强、衬底温度、靶材掺杂浓度、催化剂等实验参数，对掺杂ZnO纳米线阵列生长的影响, 获得了最佳生长条件。研究了掺杂剂对氧化锌纳米线微结构的影响，发现了与磷、钠受主能级相关的光谱指纹特征，并根据光谱特征优化了掺杂剂浓度。.（2）综合利用HP-PLD和传统低压PLD（HP-PLD）生长方法，通过缓冲层诱导PLA薄膜外延和纳米线择优生长竞争机制，实现了氧化锌纳米线阵列生长密度大范围调控（10-1~102/μm2）；以生长密度可控的氧化锌纳米线阵列为模板，通过HP-PLD外延生长了结构均匀、界面可控的ZnO/ZnMgO纳米线异质结，并获得了轴向、径向ZnO/ZnMgO纳米线量子阱，实现了量子限域效应。.（3）综合利用HP-PLD和HP-PLD生长方法，以ZnO:Al(AZO)薄膜作为生长ZnO:Na(NZO)纳米线的种子层，同时又作为PN结中N型导电层，构筑了AZO/NZO薄膜/纳米线阵列型NP同质结。I-V曲线具有良好的整流特性, 开启电压在3.2 V,与氧化锌的禁带宽度相近。但未观察到LED发光。ZnO/PEDOT:PSS型无机/有机复合LED，具有很好电致发光，可有效驱动高灵敏度光电化学传感器。.（4）根据科研进展实际情况，还开展了氧化锌纳米线基新型太阳能电池、氧化锌基柔性透明导电薄膜及氧化锌球形颗粒激光液相烧蚀生长方面的研究，并取得很好进展。