氧化锌(ZnO)材料,是直接带隙的宽禁带半导体材料,禁带宽度达3.37eV,它在室温下有高达60emV的激子束缚能,正是由于具有这些优异的性质,使得近年来ZnO材料得到了人们的广泛关注。本论文利用新型等离子体辅助金属有机化学气相沉积系统(plasma-assisted MOCVD)在蓝宝石衬底、Si衬底和GaN外延层上生长出高质量的ZnO薄膜,同时利用N2O作为掺杂源进行了p型掺杂的研究,得到了p型ZnO薄膜,并以此为基础制作了相关的原型光电器件。研究内容如下:1、根据MOCVD生长ZnO薄膜的原理及技术要求,参与设计和组装了新型等离子体辅助MOCVD系统,该系统设计具有自主知识产权,已取得国家发明专利。2、利用MOCVD在蓝宝石衬底和Si衬底上生长出高质量的ZnO薄膜。通过优化生长条件和引入分步退火生长的方法,在c面蓝宝石单晶衬底上得到了高质量ZnO薄膜,其(002)面X射线衍射(XRD)半峰宽(FWHM)为0.1699°,可见光透过率超过90%,原子力显微镜(AFM)测试得到的薄膜表面均方根粗糙度最小为4.696nm;而在Si衬底上生长的ZnO(002)面的衍射峰半峰宽最窄为0.1602°;在蓝宝石和Si衬底上生长的ZnO薄膜的光荧光(PL)谱的近带边紫外发射与深能级发射的强度比最大为433:1和327:1,此结果为世界上已知报道的MOCVD法生长ZnO薄膜的最好结果。3、利用射频离化的N2O等离子体对ZnO进行了掺杂。在c面蓝宝石和Si衬底上都得到了p型ZnO薄膜。在c面蓝宝石衬底上生长的p型ZnO薄膜经Hall方法测量得到的最好结果是电阻率8.71Ω?cm、迁移率2.09 cm2/V?s、载流子浓度3.44×1017 cm-3,这是首次以N2O等离子体作为掺杂源,利用MOCVD方法生长出高质量的p型ZnO薄膜。同时利用n型Si衬底生长出p型ZnO,制备了p-ZnO/n-Si异质结构器件,其I-V曲线表现出良好的整流特性和光电响应特性,之前未见相关报道。4、先利用路明集团的工业化MOCVD系统在c面蓝宝石衬底上生长出p型GaN外延层,然后在p-GaN外延层上生长了n型ZnO薄膜,并制作出n-ZnO/p-GaN异质结发光二极管原型器件,在室温下器件电致发光(EL)的主发光峰在415nm左右,经高斯拟合发现这个主发光峰由中心位置在410nm和470nm的两个发光峰组成,这两个发光峰归结于n-ZnO/p-GaN异质结两侧的n-ZnO和p-GaN层中均产生辐射复合的缘故。MOCVD法生长的n-ZnO/p-GaN异质结发光二极管原型器件和发现此异质结器件在电致发光过程中n-ZnO和p-GaN层中均产生辐射复合发光,这些都为国内外首次报道。本论文的创新点:1、利用分步退火生长方法,大幅提高了所生长的ZnO薄膜晶体质量,在蓝宝石和Si衬底上生长的ZnO样品的(002)面的XRD半峰宽低至0.1699°和0.1602°;2、利用新型等离子体辅助MOCVD设备,采用射频离化的N2O等离子体作为掺杂源对ZnO薄膜生长时进行掺杂,在国内外首次通过这种掺杂生长方法得到了高质量的p型ZnO薄膜;3、在n型Si衬底上生长出p型ZnO薄膜,并制作了p-ZnO/n-Si异质结构器件,其I-V曲线表现出良好的整流特性和光电响应特性,证明了掺杂的ZnO薄膜具有很好的p型特性,之前未见相关报道;4、利用路明集团的工业化MOCVD系统先在c面蓝宝石衬底上生长出p型GaN外延层,然后在p-GaN外延层上生长了n型ZnO薄膜,并制作出n-ZnO/p-GaN异质结发光二极管原型器件,在室温下器件EL的主发光峰在415nm左右,经高斯拟合发现这个主发光峰由中心位置在410nm和470nm的两个发光峰组成,这两个发光峰归结于n-ZnO/p-GaN异质结两侧的n-ZnO和p-GaN层中均产生辐射复合的缘故。这是国内外首次报道用MOCVD法生长出n-ZnO/p-GaN异质结发光二极管原型器件并首次发现此异质结器件在电致发光过程中n-ZnO和p-GaN层中均产生辐射复合发光。