氧化锌(ZnO)半导体材料在室温下具有较宽的禁带宽度(3.37 e V)和较高的激子束缚能(60 me V),是当前实现短波长光电应用尤其是紫外发光器件(紫外发光二极管,紫外激光器等)的优质材料之一。目前可重复、高质量的p型ZnO材料难以实现,阻碍了ZnO基同质PN结构的器件应用。由于GaN和ZnO有相同的晶体结构(纤锌矿结构)、相近的禁带宽度和较小的晶格失配度(1.8%),n-ZnO/p-GaN异质结构在实现ZnO基发光器件中具有独特优势。由于ZnO纳米棒具有表面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等特性,n-ZnO纳米棒/p-GaN相对于n-ZnO薄膜/p-GaN异质结构,具有更为出色的光电性能,基于该结构的研究受到了广泛关注。ZnO纳米棒的晶体质量和光电性能是影响n-ZnO纳米棒/p-GaN基器件光电性能的主要因素之一,而其质量和性能是由ZnO/GaN异质结构的界面条件和生长工艺决定的。但是目前对于在GaN上生长的ZnO纳米棒的研究,主要集中于改变GaN外延参数或者ZnO生长条件以研究它们对于ZnO/GaN异质结光电性能的影响,尚无关于GaN中位错在其表面(即ZnO/GaN的界面)处的露头对ZnO结构和性能的影响的研究。本文针对上述问题,通过湿法腐蚀调控p-GaN的位错在ZnO/GaN界面处露头的情况,研究在其表面生长的ZnO的形貌结构及光学性能;之后研究界面调控前后ZnO纳米棒随着时间的演化过程,进一步研究界面露头对ZnO纳米棒生长的影响机制,并对界面调控后的n-ZnO纳米棒/p-GaN异质结构从生长温度和生长浓度等方面进行工艺优化。主要的研究内容和结果如下:1.通过湿法腐蚀改变GaN中位错在其表面(ZnO/GaN界面)位错露头情况,研究其对ZnO纳米棒的晶体质量和光学性能的影响。相对于未腐蚀、腐蚀5 min、腐蚀10 min的样品,在腐蚀时间为8 min时,异质结构中的ZnO纳米棒阵列最细、最密,光学性能最好。这是因为,腐蚀时间为8min的p-GaN中的位错基本全部在界面处露头,此时在其上生长的ZnO容易附着而形成更多的形核种子,并且模版的位错在表面的边缘有助于诱导ZnO晶体的外延生长,此时得到的ZnO更加细密均匀,晶体质量高,导致异质结构样品光学性能更好。2.通过研究在湿法腐蚀前后的GaN上生长的ZnO纳米棒随着生长时间的演化过程,揭示界面露头对ZnO纳米棒生长的影响机制。结果表明,经过腐蚀处理的界面对于ZnO纳米棒的形核及生长有促进作用,可以使其形核及生长时间提前,这是因为界面的位错露头处较之其他位置更为活泼,更多的ZnO在位错露头处被吸附聚集,有利于ZnO的形核结晶。3.通过改变生长温度及生长浓度,研究这些工艺参数对在腐蚀调控界面后的ZnO纳米棒的晶体结构和光学性能的影响。结果表明:(1)95℃的生长温度有助于获得优良的ZnO纳米棒,而过低(65℃)或过高(125℃)的温度对ZnO纳米棒的生长不利,这是因为ZnO的水热生长是一个吸热过程,低温不利于反应的进行;此外,低温导致反应速率过低,不利于ZnO纳米棒的结晶均匀性;而高温导致反应前期速率过快,反应物消耗过快而在生长的中后期不足,余下的反应物不足以生长出形状比较完整的ZnO纳米棒。(2)0.05 mol/L的生长浓度有助于获得优良的ZnO纳米棒;而过低(0.02 mol/L)或过高(0.10 mol/L)的浓度对ZnO纳米棒的生长不利,浓度过低的直接后果就是反应物浓度过低而无法实现ZnO纳米棒的全覆盖;而在反应物中的六次甲基四安反应分解为氨,OH-浓度过高也会限制ZnO纳米棒的生长。