ZnO在室温下的禁带宽度为3.37eV,激子束缚能为60 me V,这些优良的特性使其在发光二极管(Light Emitting Diode,LED)、激光器(Laser Device,LD)和传感器等方面拥有巨大的应用潜力。由于稳定、高质量的p型ZnO材料仍难以制备,而GaN具有与ZnO相同的晶体结构且禁带宽度相似,使得n-ZnO/p-GaN异质结LED成为研究者关注的重点。然而在这类器件中,大的带隙偏移和界面处形成的应力应变使得该器件电荷传输效率低下,满足不了实际需要,元素掺杂可能是解决这一问题的有效途径。与单元素掺杂相比,元素的共同掺杂因可以释放由单一元素掺杂引起的应力和应变,同时进一步增加载流子浓度而受到广泛的关注。本文利用水热法在p-GaN衬底上分别制备了Cu+Ag和Ga+In共掺的ZnO纳米棒(NRs)阵列,通过改变共掺元素的掺杂比例,系统地研究了Cu+Ag共掺和Ga+In共掺对ZnO NRs的形貌、微观结构和光学性能的影响;最后构造了Cu+Ag共掺的n-ZnO NRs/p-GaN异质结LED器件,研究了Cu+Ag共掺对n-ZnO NRs/p-GaN异质结LED光电性能的影响。主要研究结果如下:(1)Ag+Cu共掺对ZnO NRs阵列的生长行为、光学性能以及异质结器件的电学性能有着显著的影响。在ZnO NRs的生长方面,Cu和Ag的引入加快了OH~-的消耗,单一增大Ag的掺杂比例会使NRs的直径增大、密度减小,而单一增大Cu的掺杂比例NRs的直径略增加,密度也有所增加。掺杂比例的变化对NRs光学性能的影响是多方面的。单一增大Ag的掺杂比例,ZnO NRs的光学带隙会显著减小,紫外(UV)发射峰红移,而单一增大Cu的掺杂比例,ZnO NRs的光学带隙略减小,UV发射峰位置几乎不变;单一增大Ag或Cu的掺杂比例,氧空位浓度都增加,可见光发射峰强度增加。当Ag的掺杂浓度为1%,Cu的掺杂浓度为5%时,ZnO NRs晶体质量和光学性能最优,所制备的异质结器件导电能力提升,在反向偏压下实现了ZnO一侧的蓝光发射,分析认为共掺增加了ZnO NRs中的载流子浓度,改变了异质中ZnO NRs价带的位置,使得在反向偏压下空穴的势垒增量远小于电子的势垒增量,促进了空穴向ZnO一侧的注入,增加了载流子的复合效率。(2)Ga+In共掺对ZnO NRs阵列的生长行为和光学性能也有着显著的影响。Ga和In掺杂比例的变化对ZnO NRs生长行为的影响表现为:Ga掺杂比例的增大促进了ZnO的形核,使其沿[001]方向快速生长,而In掺杂比例的增大则抑制了其形核,因而单一增大Ga的掺杂比例,ZnO NRs棒的直径减小,密度增加;而单一增大In的掺杂比例则会使其直径增大,密度减小。Ga和In掺杂比例的变化对ZnO NRs光学行为的影响表现为:单一增大Ga的掺杂比例,ZnO的光学带隙展宽,氧空位浓度下降,使得UV发射峰蓝移,可见光发射峰强度下降;单一增大In的掺杂比例,ZnO的光学带隙减小,氧空位浓度增加,使得UV发射峰红移,可见光发射峰强度增大。当Ga的掺杂比例为1%,In的掺杂比例为5%时,制备的ZnO NRs具有最佳的综合性能。