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ZnO作为一种宽禁带半导体材料,室温下的禁带宽度为3.37 eV,激子束缚能高达60 meV,越来越受到人们的重视,在透明电极、太阳能电池、发光器件、紫外光探测器、压电转换、声波表面器件等领域备受关注,已成为电子材料与器件研究领域的热点。ZnO量子点,作为新型的纳米半导体材料,因表现出与体材料不同的特殊性能而备受关注。要想最终做成器件,需要分布均匀,密度、尺寸能按意愿控制的ZnO量子点材料。如何控制量子点的尺寸和密度,提高均匀性,减小能量分布弥散度,成为重要的研究方向。另外,可调的禁带宽度为器件提高性能提供了很好的条件,如量子点光发射二极管,量子点激光二极管等等。因此,研究ZnO量子点掺Mg后对禁带宽度的调制作用具有重要的实际意义。论文系统地概述了量子点的基本特征,总结了ZnO量子点的制备技术和生长机理,并概括了ZnO量子点的基本性能、掺杂现状及应用前景。本文采用MOCVD设备,在Si(111)衬底上生长了ZnO和ZnMgO量子点,研究了ZnO量子点的生长机理和可控生长,着重于探索Zn0.98Mg0.02O量子点的基本性能,尤其是掺Mg引起禁带宽度变大的特性,对量子点蓝光器件的实际应用具有重要的意义,目前国际上关于ZnMgO量子点的报道还非常少。通过多种分析测试手段和理论分析,研究的内容如下:1.采用MOCVD方法,以Si(111)为衬底,在一定条件下生长出高质量的ZnO量子点材料,其平均直径为10 nm,密度约为5×109 cm-2;剖面透射电镜图测量出ZnO量子点的高度为5 nm左右;另外,ZnO量子点的光致发光谱峰相对于ZnO薄膜蓝移了3 nm,显示出量子尺寸效应。2.利用生长时间控制ZnO量子点的生长。随着生长时间从180 s增加到600 s,ZnO量子点的尺寸有明显的增加,从最初的无法观察到量子点的直径为9 nm,最后增加到20 nm,密度也明显增加,从2.9×109 cm-2增加到2.4×1011 cm-2。可见,生长时间是控制ZnO量子点生长的重要因素。3.通过改变锌源流量来控制ZnO量子点的生长。随着锌源流量的增加,ZnO量子点的密度和尺寸都随之增大,并且尺寸分布的均匀性很好。当锌源流量从7.5 sccm增加到20 sccm时,ZnO量子点的尺寸从10 nm左右逐步增加到20 nm左右,密度也从3.6×1010cm-2逐步增加到为9.2×1010cm-2。4.研究了不同的氧源类型和不同的氧源流量对ZnO量子点生长的影响。发现当用N2O或NO代替O2作为氧源时,由于存在的初生态氧非常活泼,增加了ZnO量子点成核和长大的可能性,能得到密度和尺寸更大的ZnO量子点。另外,以O2为代表,研究了氧源流量对ZnO量子点生长的影响,发现增加氧源流量可以增加ZnO量子点的尺寸。5.分析了不同衬底对ZnO量子点生长的影响,发现去除硅片表面的自然氧化层后,由于有更多的台阶直接裸露出来,ZnO量子点更容易成核和生长,所以ZnO量子点的尺寸从9~12 nm增加到18~20 nm,而且尺寸的均匀性有所提高,这对于ZnO量子点制备成器件具有重要的实际意义。6.初步探索了ZnMgO量子点的生长和Mg的掺入对禁带宽度的调制作用。采用MOCVD方法获得了晶体质量很好的Zn0.98Mg0.02O量子点,XPS证明了Mg的成功掺入,Zn0.98Mg0.02O量子点的PL谱峰相比ZnO薄膜蓝移了8.7 nm,相对于ZnO量子点蓝移了5.8 nm,原因是Zn0.98Mg0.02O量子点具有明显的量子约束效应以及Mg的掺入引起的禁带宽度增大,国际上还很少相关的文献报道。必须强调的是,以上的实验结果都具有很好的可重复性,这对于将来制备ZnO或ZnMgO量子点器件具有很重要的实际意义。