我国ZnO基材料与器件研究获重要进展

2011-5-19 08:57 来源: 科学时报
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  日前,由中科院长春光机所任首席单位,中科院物理所、半导体所、福建物构所、上海光机所和中国科技大学共同承担的中国科学院知识创新工程重要方向项目“ZnO基材料、器件的相关物理问题研究” 在北京通过验收。  

  该项目初步解决了制约我国ZnO光电子器件发展的瓶颈问题,对提升我国在这一研究领域的国际地位,把我国半导体材料发展成为具有国际竞争力的新兴产业具有重大意义。  

  据了解,ZnO是一种直接带隙的宽禁带半导体材料,室温下能带宽度为3.37eV,并具有高达60meV激子束缚能。  

  ZnO被认为是制备高效紫外发光二极管、激光二极管、紫外探测器等器件的重要材料,在半导体照明工程、导弹预警、信息显示、光通讯等领域有着重要的应用。  

  基于ZnO潜在的应用前景,2006年,中科院基础科学局集合长春光机所等全院ZnO研究方面的优势团队,组织了这一重要方向项目,重点针对ZnO研究存在的p型掺杂、高质量单晶薄膜、单晶衬底等瓶颈问题,从基本物理问题入手开展深入研究。  

  经过4年多的刻苦攻关,团队取得了一系列创新性研究成果:采用等离子体处理和低温缓冲层方法,在蓝宝石衬底上制备出高质量、原子级平整的ZnO单晶薄膜;通过控制N的掺杂形态制备出N掺杂的p型ZnO薄膜,并通过引入Li-N键合方法,提高了受主掺杂稳定性;实现了ZnO同质结室温蓝紫色电致发光,在国际上首次在室温下观测到低阈值ZnO薄膜异质结的电泵浦受激发射。  

  此外,团队的科研成果还有:发明了精确控制Mg束流的方法及抑制相分离的模板法,生长出带隙可控的MgZnO薄膜,研制出MgZnO基全日盲紫外探测原型器件;采用水热法生长出大尺寸、低位错密度的无色ZnO单晶;通过第一性原理的计算,系统研究了ZnO受主杂质的电离能和稳定性,提出了ZnO实现p型掺杂的实验方法。 

  同时,结合该项研究工作,发表SCI论文171篇,申请国家发明专利30项,授权国家发明专利27项,授权美国发明专利一项,获得省部级科技进步奖一等奖、二等奖各一项。