【摘 要】
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LED具有体积小、功耗低、使用寿命长、可控性强等特点,在显示照明领域有着广泛的应用前景。作为宽直接带隙半导体材料典型代表之一的氧化锌(ZnO),因其高激子束缚能、绿色环保、易于制备、价格低廉等特点,在光催化、光电探测器、发光二极管、激光器等光电子器件领域备受青睐。本文采用化学气相沉积(CVD)方法制备ZnO纳米线阵列,组装两种LED器件,摸索合适的制备工艺,研究Sb掺杂比例对LED器件发光性能的影
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LED具有体积小、功耗低、使用寿命长、可控性强等特点,在显示照明领域有着广泛的应用前景。作为宽直接带隙半导体材料典型代表之一的氧化锌(ZnO),因其高激子束缚能、绿色环保、易于制备、价格低廉等特点,在光催化、光电探测器、发光二极管、激光器等光电子器件领域备受青睐。本文采用化学气相沉积(CVD)方法制备ZnO纳米线阵列,组装两种LED器件,摸索合适的制备工艺,研究Sb掺杂比例对LED器件发光性能的影响。本文的主要研究内容如下:1.采用CVD方法,在镀有金膜的p-GaN衬底上先外延生长一层Sb掺杂的p-ZnO纳米线阵列,通过调控Sb掺杂的比例来研究它对纳米线形貌的影响。结果表明,随着掺杂浓度的增加,纳米线阵列越长。其中,ZnO:Sb2O3摩尔比为10:1时纳米线阵列生长最为均匀整齐,且长度为650 nm。2.证实Sb成功掺杂和p型导电后,再次利用CVD方法二次外延生长一层未掺杂的ZnO纳米线阵列以此来构成同质结LED器件。研究四种不同掺杂比例对LED器件的光致发光(PL)光谱和电致发光(EL)光谱等发光性能的影响。结果表明,二次外延生长后PL光谱中的近带边发射峰发生红移,缺陷峰发生蓝移。随着掺杂比例的增加,同质结LED器件的EL光谱中不仅出现缺陷发光峰,而且蓝光发射峰逐渐明显,不同波段的发射峰复合就形成了暖白光的发射。3.同样利用CVD方法,在镀有金膜的n-GaN衬底上,通过Al和Sb双元素共掺来提高掺杂元素在ZnO内的固溶度从而获得p型导电的ZnO,以此来构成异质结LED。结果表明,能量色散光谱(EDS)和X射线光电子能谱(XPS)数据均能证实Al和Sb实现了成功掺杂,并且发现共掺后的ZnO仍具有良好的(001)晶向外延取向生长特性;伏安特性(I-V)曲线表明器件具有很好的整流特性,实现了开启电压为3 V的pn结电学特性。EL光谱结果表明,共掺后的ZnO异质结LED实现了中心波长位于650 nm处的橙红光发射。本文以研究基于ZnO的LED器件的发光性能为主线,系统分析了Sb的掺杂比例对ZnO纳米线阵列形貌、同质结LED的PL、EL光谱的影响,以及Al和Sb双元素共掺后ZnO异质结LED的发光性能,完成了两种LED器件的制备,并研究了各自器件的发光性能。
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