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近几年，ZnO基半导体材料作为紫外光电子应用方面有前途的候选材料而成为光电子领域研究的热点。要获得高性能光发射器件，关键技术之一就是建立异质结构，将光电器件中的光子和电子限制在阱层内，实现低阈值的受激发射。而ZnMgO合金薄膜被公认是制备ZnO基紫外激光器件适宜的势垒材料，因为Mg2+可以在一定范围内取代ZnO中Zn2+格位，形成保持纤锌矿结构不变的MgZnO合金并使带隙展宽。为了更好的设计和构造器件结构，详尽的了解MgZnO合金和MgZnO/ZnO异质结构的基本性质是十分必要的。
本论文利用等离子体辅助的分子束外延设备制备了MgxZn1-xO合金和MgZnO/ZnO异质结构材料，开展了结构和光学性质的研究，并探讨了MgZnO/ZnO单量子阱的超辐射机制。具体研究内容如下：
1.我们利用等离子辅助分子束外延(P-MBE)的方法，在蓝宝石c-平面上外延生长了MgxZn1-xO合金薄膜。在x≤0.28，我们得到了六角纤锌矿结构MgxZn1-xO合金薄膜。在0≤x≤0.65范围内MgxZn1-xO薄膜完成了从六角纤锌矿向立方相结构的转变。开展了不同Mg组分的MgxZn1-xO(0≤x≤0.65)合金薄膜的相转换对吸收、光致发光以及共振拉曼光谱影响的研究。
2通过原位反射式高能电子衍射仪，X射线摇摆曲线测试表明六角纤锌矿结构的MgxZn1-xO(0≤x≤0.2)为单晶薄膜。在典型六角纤锌矿结构的合金薄膜中获得了室温下强的紫外发光，并通过变温光谱详细的研究了这个紫外发光的机制，将其归结为自由激子的发射。
3制备了具有不同阱宽的Mg0.12Zn0.88O/ZnO单量子阱结构。随着阱宽的减少，来自ZnO层的发光峰出现明显的蓝移被认为是由量子限阈效应引起的。在异质结样品中观察到了载流子从Mg0.12Zn0.88O盖层向ZnO层注入的过程，这归结为样品中存在着与界面态相关的局域激子。由时间衰减曲线和时间分辨光谱证明界面效应对载流子注入的影响随着阱宽的减小而减小。
4研究了典型Mg0.12Zn0.88O/ZnO单量子阱样品(L=1.5nm)的激子特性，计算获得其激子束缚能为70.8meV,这是由量子限阈效应引起的。在高激发密度下，在5K时观察到了样品的超辐射过程，这被归结为来自于激子-激子碰撞的P带发射。