二维ZnO的制备及发光性能研究

发布时间：2018-04-19 05:36

  本文选题：二维ZnO + ZtnO/ZnMgO多量子阱　； 参考：《浙江大学》2017年博士论文

【摘要】：作为一种Ⅱ-Ⅵ族氧化物半导体材料,ZnO室温条件下禁带宽度3.37eV,激子束缚能为60meV,具有优异的发光性能,在LED和LD等光电器件领域具有极大的应用前景。二维的量子阱结构作为有源层,可实现对载流子的有效限制,是提高ZnO发光效率的关键。ZnO/ZnMgO量子阱中的发光行为,特别是激子复合行为及其对极性的依赖性等还有很多值得深入研究的地方。此外,随着以石墨烯为代表的新型二维材料的发现和相关新型光电器件的提出,制备自支撑的二维超薄ZnO材料,能使其具有独特的性质,并拓展其应用。本文主要研究二维ZnO材料,阐明二维结构中ZnO的激子复合机制,并探索新型二维ZnO材料,重点研究二维超薄ZnO和ZnO/ZnMgO量子阱的发光性能,主要包括以下内容:1.利用变温稳态和瞬态发光光谱详细研究了脉冲激光沉积法(PLD)生长的高质量Si基ZnO/Zn0.9Mg0.1O多量子阱中的激子复合行为。发现激子辐射复合寿命在19-300K范围内均随温度呈线性增加,证实其纯二维激子特征,表明直至室温,激子均被限制在量子阱内,没有热离化为三维激子。得到室温下的辐射复合速率0.87ns-1,高于现有文献报道值,表明量子阱的晶体质量很高,且具有本征的高效发光特性。另外,内建电场的存在导致了量子限域斯塔克效应(QCSE),使电子和空穴的波函数在空间上分离,导致PL发光峰的红移。2.系统研究了极性对分子束外延法(MBE)生长的ZnO/ZnMgO多量子阱激子复合特性的影响。发现极性和非极性量子阱中激子非辐射复合的主导过程有所不同,非极性量子阱中均由非辐射复合中心缺陷主导,而没有激子的去局域化和激子分解过程;非极性ZnO/ZnMgO多量子阱发光峰显著展宽且出现反常温度依赖特性,表明其中激子具有强局域化特性且局域态能级分布很宽;在高密度激发下,非极性量子阱的发光性质也有别于极性量子阱,其激子-激子散射发光出现阈值相对更低。3.利用水热法,分别以ZnS和ZnSe纳米片为中间产物,通过热氧化成功制备厚度约为2-5 nm,横向尺寸达到微米级的自支撑二维超薄ZnO。发现热氧化过程不仅可以得到ZnO,去除残留的有机物,且不破坏结构完整性。系统研究了水热生长温度、生长时间、热氧化温度等主要实验参数对二维超薄ZnO结构、形貌和发光性能的影响,并获得了最优参数。4.利用变温稳态和瞬态发光光谱研究了二维超薄ZnO的光生载流子复合特性,发现一些与ZnO体材料不同的新性质。发现低温下带边发光由自由激子的第一和第二声子伴线主导,其发光复合几率与激子动能的相关度特征参数显著低于体材料;深能级发光的辐射复合寿命具有零维特征,且陷阱态的存在使非辐射复合速率随温度的变化偏离常规理论预测;变温PL谱在160-250 K温度范围内出现负温度淬灭现象,光生载流子从陷阱态的去局域化导致室温内量子效率的提高,约为30%。5.初步探索了二维超薄ZnO作为紫外激发荧光粉的潜在应用。将发绿光的二维超薄ZnO样品与红光荧光粉和蓝光量子点混合,通过优化组分比例成功制备白光荧光粉,在390nm的紫外LED激发下获得较高质量的白光发光,CIE指数为(0.329,0.332)。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TQ132.41

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本文编号：1771828