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ZnO是目前光电领域研究的热点材料,因其优良的光电性质得到了广泛关注。本论文主要研究的是ZnO一维纳米阵列和薄膜的MOCVD生长和发光机制,通过研究各种MOCVD设备的特点,自行研制了生长ZnO基材料的MOCVD设备,生长出了ZnO一维纳米阵列和薄膜,并对其形貌、晶体质量和光学性质进行了研究。取得的主要的结果如下:
1)研究了MOCVD反应室气流状态对ZnO形貌的影响。通过改变MOCVD反应室喷气管的形状和气流方向,分别生长出了ZnO一维纳米阵列和薄膜。
2)研究了载气流量对生长ZnO一维纳米阵列的影响。通过Raman和XRD测试发现ZnO纳米棒为沿c轴取向无应力生长。通过PL测试发现直径20nm的纳米棒的带边峰蓝移,超过量子限制效应尺寸的蓝移可以用表面效应来解释。
3)在不同的AlN中间层上生长出了ZnO纳米棒阵列和纳米管,研究表明不同的ZnO纳米结构形貌是由于AlN中间层形貌的影响。实验发现在AlN中间层上生长的ZnO纳米棒底部有网状薄膜结构,通过研究纳米棒和网状薄膜的应力分布,提出了在AlN中间层上ZnO的生长类似S-K模式。
4)研究了ZnO纳米棒阵列的变温PL谱。指认低温下3.315eV的发光峰为束缚激子发光峰。利用激子动力学方程,对束缚激子峰的积分强度随温度的变化规律进行了拟合。
5)研究了温度对于蓝宝石和Si衬底上生长的ZnO材料形貌的影响。发现随着温度的升高,ZnO从薄膜到纳米结构的形貌转化,结晶质量和光学性质也有相应的变化。根据所得的实验结果对蓝宝石上的ZnO材料的生长模式进行了探讨。
6)我们在蓝宝石衬底上生长了不同Mg组分的MgZnO样品。研究了MgZnO样品的形貌和光学性质随着Mg组分的变化。通过CL Mapping观察到了Mg组分不均匀造成的MgZnO发光强度的空间分布。