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氧化锌(ZnO)优异的光电性能使其在短波长光电器件领域有着广阔的应用前景。然而目前所制备的ZnO基发光器件仍然面临着效率低、不稳定等问题,难以满足应用需求。提高ZnO材料和器件的发光性能一直是本研究领域努力的方向。本文以此为主旨,开展以下3部分工作。1.采用射频等离子体辅助分子束外延(Plasma assisted Molecular Beam Epitaxy,P-MBE)技术制备ZnO、p-ZnO:Na薄膜及非极性ZnO/ZnMgO多量子阱(Multiple Quantum Wells,MQWs),在其表面溅射Pt纳米颗粒后,光致发光(Photoluminescence,PL)谱中带边发光分别增强60、10和20倍,MQWs的内量子效率从1.8%提高至12%。低温PL等研究证实发光性能提升机制为带边发光与表面等离激元(Surface Plasmons SPs)耦合增强和电子转移过程引起的缺陷能级复合向带边发光转变。2.ZnO的p型掺杂技术尚不能达到应用需求,p型层低效注入仍是导致器件发光弱、发光效率低的主要原因之一。本文从ZnMgBeO四元合金的能带结构以及薄膜结构性能角度出发,分析引入微量Be对p型掺杂的辅助作用,探索获得高效稳定p型ZnO材料的新方向,为实现高效发光器件奠定基础。采用P-MBE技术制备两组不同Mg组分、不同带隙、Be组分分别为0.5%和0.7%的ZnMgO/ZnMgBeO异质结,使用X射线光电子能谱(X-ray Photoelectron Spectroscopy,XPS)法测试两组异质结的能带结构,发现与相同禁带宽度的ZnMgO相比,引入微量Be可以有效地提高ZnMgO的价带顶和导带底,浅化受主能级,同时深化施主能级,更有利于获得p型。根据第一性原理计算以及PL和霍尔(Hall)效应等光电性能分析,发现Be的引入使得氧空位(Oxygen Vacancy,Vo)形成能提高,施主型缺陷Vo减少,降低施主补偿作用,有利于p型掺杂。3.多量子阱作为发光器件的有源层是获得高效发光常用方法,同时为规避p型ZnO材料性能尚不能达到应用需求这一问题,本文提出p-GaN/(ZnO/ZnMgO)多量子阱/n-ZnO的器件结构,采用P-MBE技术,以p-GaN薄膜作为衬底和空穴传输层,在其上开展器件研制工作,获得ZnO/ZnMgO多量子阱有源层器件。电流电压曲线(Current-Voltage Curves,Ⅰ-Ⅴ)表明器件有整流效应,电致发光(Electroluminescence,EL)谱由375 nm的紫外峰和550nm左右的缺陷峰组成,说明复合发光在多量子阱层中,解决了 p-GaN/n-ZnO器件在p-GaN层复合发光的问题。可见,量子阱层有明显的载流子限制作用,有望大幅提升器件的发光效率。