MgZnO价带顶对称性及其对带间跃迁几率的影响

深紫外、尤其是日盲紫外发射与探测器件在导弹预警、局域保密通信、高密度存储以及生物科学领域具有广阔的应用前景，基于宽禁带半导体的深紫外光学材料得到人们的密切关注。与AlGaN材料相比，MgZnO具有匹配的单晶衬底和更宽的带隙范围，保证了高的材料结晶质量和更宽的光谱工作范围。目前，人们已经认识到随着Al组分变化，价带结构严重影响了AlGaN基深紫外发光器件的性能，价带顶对称性决定着器件面发射效率。对于MgZnO，明确是否存在相同的问题，对研发高效率MgZnO基深紫外光发射和探测器件，具有重要的意义。本项目拟采用不同几何配置，对多种特定晶向的MgZnO薄膜在不同晶向的光学性质展开研究，结合理论计算，揭示随着Mg掺入，MgZnO合金薄膜价带顶结构的变化规律，阐明其对深紫外辐射和吸收等跃迁几率的影响和机制，为指导深紫外发光、激光和探测器件的设计提供实验和理论支持。

MgZnO具有匹配的单晶衬底和宽广的带隙范围，是紫外、尤其是日盲紫外发射与探测器件的理想材料。Mg组分的变化会给MgZnO的结构、带隙、光学性质带来一系列改变，对器件性能影响显著。课题针对多种特定晶向的MgZnO薄膜的生长，结构以及在不同晶向的光学性质展开研究，取得的研究进展如下：通过使用不同晶体结构和不同取向的衬底，实现了六角相c面，立方相111面，100面，110面MgZnO薄膜的单一取向生长；实现了带隙对应日盲波段的单一相MgZnO薄膜的制备，以及在850ºC 长时间退火不分相；在保持单一立方相的情况下，实现了高锌组分的合金，使带隙下降到日盲波段的长波限；实现了基于上述薄膜的紫外-日盲紫外探测器，发现立方相111面MgZnO薄膜有利于光信号的吸收，而立方相100面MgZnO有利于降低器件的暗电流；详细研究了器件高响应度的光电导增益机制，并通过轻微混相，以及引入光电导增益，实现了3.3A/W的日盲紫外响应度，使日盲紫外探测器在火焰监测、电晕监测等对响应速度要求不高的场合的应用成为可能；通过引入ZnO层对MgZnO结晶诱导，实现了高镁组分六角相MgZnO薄膜，获得了波长280nm的日盲波段的光致发光；通过立方相和六角相MgZnO的吸收与发光性能对比，指出六角相MgZnO为典型的直接带隙结构，即便是在Mg组分高达50%时；而立方相MgZnO的吸收谱虽显示出直接带隙特征，但并未观测到带边发光。