基于ZnO纳米棒/有机材料的复合电致发光器件结构(2)

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氧化锌的诸多重要特性使它在各种类型的电子和光子器件上都有应用，是一种很有前途的半导体。它的激子结合能很大，为60mev（GaN的激子结合能为26mev），这使得它适合于制造在室温和高温条件下具有很好的相干发射/探测能力的设备。氧化锌具有高的击穿电场，约为2×106V/cm（是砷化镓击穿电场的两倍多），使其适用于高功率和高增益装置。室温下它的饱和速度为3.2×107cm/s，这也比氮化镓、碳化硅和砷化镓高很多[1-3]。大的饱和速度表明，以氧化锌为基础的器件在高频率应用上将比其他宽带隙半导体更具优势。氧化锌能抵抗高能量辐射造成的辐射损伤，因此更适合于空间运行。它对来自电子或质子的高能量辐射的抵抗能力是氮化镓的100倍以上。它吸引了科学界越来越多的关注因为它作为压电薄膜（或涂层）可应用于表面声波设备（SAW），可用于红外和可见光发光器件，紫外探测，在生物医学方面也有应用。

虽然这些宽带隙半导体器件已经被证明具有这么多令人印象深刻的优点，但是要制备具有更优性能和可靠性的完整器件，材料的基本结晶质量仍然需要改进。

1.2 研究状况

III族氮化物InN、GaN和AlN有很好的光学和电学性质。通过使用这些材料的三元合金，我们可以调整带隙以及电气和光学性能，可以使世界变得更快、更亮。III族氮化物基器件的应用包括发光二极管以及第四代无线通信（使我们在移动时也能够使用高速数据传输）。几乎所有III族氮化物器件都包含GaN。人们对这些材料和它们的三元合金进行了大量的研究工作，以提高它们的结构和光学性能。

化学气相沉积（CVD）和分子束外延（MBE）是GaN外延层生长的主要外延技术。化学气相沉积温度很高（> 1000℃），因此无法使用温度敏感的基板。可量测性对CVD法来说不是大问题。分子束外延生长温度较低，大约700℃，但其运行成本很高，难以在大面积衬底材料上形成外延层。磁控溅射外延（MSE）因其在氮化镓生长过程中可利用低能量过程气体离子的并发流提高吸附原子的迁移率，所以具有在低温下生长高质量的GaN外延层的潜力。MSE也可以很容易地应用于大面积外延层沉积，并保持对杂质掺入的良好控制。然而，由于目标表面氮化、金属Ga熔点较低（29℃）等问题的存在，通过反应溅射沉积获得高质量、稳定增长的氮化镓还很困难。从技术的角度来看，若能对液体目标进行反应溅射，将会带来明显的工艺优势，如提高沉积速率、消除目标侵蚀轨道效应、获得连续的源材料供应。

上世纪80年代初至今，关于磁控溅射法生长氮化镓的报道不足50篇，其中只有两个团队[55,56]报道了有半导体性质的GaN，而这两个报道都是由射频和直流磁控溅射实现的。

氧化锌可以通过金属有机化学气相沉积（MOCVD）、气相输运（VPT）、磁控溅射、分子束外延（MBE）、液相生长（如水热法）、溶液中生长、脉冲激光沉积以及等离子体辅助分子束外延生长。

水热生长法、化学浴沉积（CBD）和电化学沉积是目前ZnO纳米结构低温生长的主要方法。采用化学浴沉积（CBD）或水化学生长（ACG）的一个主要优点是生长温度很低（95℃）。由于生长温度低，可使用如塑料、玻璃和纸张等较便宜的基板。然而，这种方法生长的纳米结构表现出较差的再现性、难以控制大小和方向，特别是在与氧化锌相比有较大的晶格失配、不同的晶体结构的基板（如硅）上。相比其他方法，采用旋涂法进行预处理更加简单、经济。人们通常选择旋涂技术在基板上引入氧化锌籽晶层。