1、作為一種寬帶隙Ⅱ-Ⅵ族氧化物半導(dǎo)體，ZnO被認為是光電子產(chǎn)業(yè)的一種有希望的候選材料，在藍光/紫外(UV)波段有著廣闊的應(yīng)用前景。因為激子結(jié)合能高達60meV，ZnO的吸引力主要表現(xiàn)在激子室溫穩(wěn)定性方面，這對于半導(dǎo)體器件，如發(fā)光二極管(LEDs)、二極管激光器、紫外探測器等的應(yīng)用均具有十分重要的意義。例如，人們預(yù)測ZnO中激子復(fù)合產(chǎn)生的激射甚至可以出現(xiàn)在室溫以上。在設(shè)計和制作光電子器件的進程中，需要制備高質(zhì)量的ZnO基異質(zhì)結(jié)和量子阱結(jié)構(gòu)，

2、因為量子限域效應(yīng)可以有效提高器件的發(fā)光效率。本博士論文以ZnO基多量子阱(MQWs)為中心，主要探討了ZnO基MQWs的制備、結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)，涉及光致熒光(PL)、量子限域效應(yīng)以及熱穩(wěn)定性。主要研究成果總結(jié)如下:
　　(1)通過優(yōu)化ZnO和ZnMgO單層膜在c軸藍寶石基片上的生長條件，利用脈沖激光沉積(PLD)方法成功地制備出了具有明確多層結(jié)構(gòu)的10個周期的ZnO/ZnMgO多量子阱。量子阱的阱層厚度在1.4到3.0nm之間變化。

3、在325nm的He-Cd激光激發(fā)下，所有的量子阱樣品在室溫下均發(fā)射出強的紫外熒光。量子限域效應(yīng)導(dǎo)致熒光光子的能量在3.38到3.52eV之間變化。此外，在ZnO/ZnMgO量子阱的PL光譜中，首次觀察到極度增強的多聲子Raman散射(RRS)現(xiàn)象。光譜分析表明，增強的RRS可以歸因于激發(fā)光和發(fā)射光與量子阱中ZnMgO壘層之間的能量共振，即入射共振和出射共振引起的多聲子Raman散射的增強。另一方面，量子阱和ZnMgO單層膜中多聲子Ram

4、an散射高度吻合，表明量子阱壘層與相同條件下生長的ZnMgO單層膜具有相同的成分，這可以看作是ZnO/ZnMgO量子阱具有明確多層結(jié)構(gòu)的有力證據(jù)。利用ZnMgO單層膜的PL光譜及通過多聲子RRS確定的縱光學(xué)聲子的能量，估算出ZnMgO壘層中MgO的含量約為15％，進而計算出ZnO和ZnMgO之間導(dǎo)帶和價帶的偏移量分別為338和38meV。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)Kronig-Penney模型計算的ZnO/ZnMgO量子阱中的PL位移隨阱層厚度的

5、變化與～12K下的實驗光譜結(jié)果一致。此外，實驗結(jié)果表明，ZnO/ZnMgO量子阱在退火溫度低于600℃時是穩(wěn)定的;當(dāng)退火溫度提升至700℃以上時，量子阱中ZnO/ZnMgO多層結(jié)構(gòu)將被破壞。
　　(2)作為熒光殺手，Co2+離子摻雜到ZnO中將導(dǎo)致激子復(fù)合熒光的淬滅，但熒光淬滅的物理機制是一個懸而未決的問題。在本工作中，首次利用ZnCoO/ZnMgO多量子阱樣品系統(tǒng)研究了Co2+離子摻雜引起的熒光淬滅現(xiàn)象。ZnCoO/ZnMgO多

6、量子阱利用脈沖激光沉積方法生長在帶有～20nm ZnO過渡層的c面藍寶石基片上，并表現(xiàn)出與ZnO/ZnMgO多量子阱樣品相似的多聲子RRS增強現(xiàn)象，證明ZnCoO/ZnMgO多量子阱中多層膜結(jié)構(gòu)足夠好，以保證周期性量子阱的形成。與相同條件下生長的ZnCoO單層膜相比，量子限域效應(yīng)導(dǎo)致ZnCoO/ZnMgO量子阱樣品中位于～1.80eV的Co2+離子熒光增強，即量子限域效應(yīng)增強了高度局域化的Co2+3d電子能級的熒光發(fā)射。但是，激子復(fù)合的

7、熒光淬滅現(xiàn)象在ZnCoO/ZnMgO量子阱樣品中仍然存在。因此，Co2+離子摻雜引起的激子熒光淬滅可以確認為ZnO激子和局域化的Co2+3d電子態(tài)之間的能量轉(zhuǎn)移，進而提出了熒光共振能量轉(zhuǎn)移(FRET)是導(dǎo)致激子熒光淬滅和位于～1.80eV的Co2+離子熒光增強的物理機制。
　　(3)在PLD方法制備的具有高外延度的ZnO薄膜中，發(fā)現(xiàn)了一個異常的具有寬譜特征的光致熒光峰，位于近帶邊(NBE)區(qū)域，PL峰值在～3.0eV附近。利用變溫

8、PL光譜、PL激發(fā)譜和時間分辨PL光譜，通過與退火樣品和ZnO單晶樣品的比較研究，這種異常的具有寬譜特征的NBE熒光發(fā)射不能簡單地歸因于某種特定的缺陷。為此，我們提出了一個帶尾熒光模型。我們認為，ZnO薄膜中各種缺陷、化學(xué)無序和晶格應(yīng)變可能會形成局域化的電子態(tài)，位于ZnO導(dǎo)帶以下，形成能帶帶尾。這種異常的NBE熒光發(fā)射正是源于激子在能帶帶尾熱弛豫過程中的輻射復(fù)合。這一物理機制被時間分辨光譜和變溫光譜的定量擬合結(jié)果所證實。此外，發(fā)展了一種