氧化鋅（ZnO）是一種具有60meV激子結(jié)合能的直接寬禁帶半導(dǎo)體材料，其帶邊發(fā)射為3.37eV，因為其室溫下激子可以穩(wěn)定存在，并且激子相關(guān)的發(fā)光效率在理論上比普通的電子空穴等離子效率高，多年來一直作為一種新型高效率發(fā)光材料而被廣泛關(guān)注，而氧化鋅的納米結(jié)構(gòu)：納米線、量子點、納米管等易于合成，其相關(guān)的發(fā)光器件也被大量研究，尤其是納米線基發(fā)光器件取得了大量的新進展。
但是ZnO納米線發(fā)光器件距離應(yīng)用還面臨著諸多問題，本文基于這些問題展開了研究，取得的主要結(jié)果如下：（1） p-n結(jié)器件是實現(xiàn)高效氧化鋅發(fā)光器件的最優(yōu)選擇，但是長久以來，困擾p-n結(jié)器件的最大問題就是同時具備高空穴濃度，高遷移率的p型氧化鋅一直沒有研制成功。基于此問題，通過采用MIS結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了高結(jié)晶質(zhì)量的納米線陣列的高強度（3.7w）發(fā)光二極管，研究結(jié)果證明了c軸取向性一致的氧化鋅納米線可以替代薄膜實現(xiàn)高效的發(fā)光器件。（2）高結(jié)晶質(zhì)量的氧化鋅材料是實現(xiàn)高效氧化鋅發(fā)光器件的基礎(chǔ)，但是難于獲得。對于氧化鋅薄膜材料來說，由于與傳統(tǒng)襯底（藍寶石，硅）的晶格失配較大，很難形成單晶薄膜，而氧化鋅單晶襯底的造價過于昂貴，無法在應(yīng)用中廣泛使用。這些都為高結(jié)晶質(zhì)量的氧化鋅材料的制備造成了困難?；诖藛栴}，通過優(yōu)化MOCVD的生長工藝，制備了高結(jié)晶質(zhì)量的氧化鋅單晶納米線陣列，其c軸取向性一致，可以取代薄膜作為高效發(fā)光材料，在高質(zhì)量的氧化鋅納米線的基礎(chǔ)上制備了Au/MgO/ZnO的異質(zhì)結(jié)，實現(xiàn)氧化鋅納米線的電泵浦隨機激光現(xiàn)象。（3）高效的氧化鋅的帶邊發(fā)射是實現(xiàn)高效自由激子相關(guān)的基礎(chǔ)，但是缺陷相關(guān)的發(fā)光多數(shù)占主導(dǎo)，這導(dǎo)致了器件的禁帶發(fā)光較弱，器件的壽命較短。基于此問題，通過利用能帶工程，利用氧鋅鎂和氧化鋅異質(zhì)結(jié)對載流子輸運的限制，獲得了完全由氧化鋅帶邊發(fā)射為主體的發(fā)光器件，在有效的抑制了缺陷相關(guān)的發(fā)光同時，實現(xiàn)了長壽命（20多小時），純紫外發(fā)光二極管。這證明了氧鋅鎂與氧化鋅異質(zhì)結(jié)器件的載流子限制優(yōu)勢，為實現(xiàn)高效的氧化鋅帶邊發(fā)射提供了借鑒。
