ZnO材料的激子束缚能为60meV,是一种具有优越的光电性质的宽带隙半导体材料,在紫外探测器件和激光器等短波长光电器件方面具有重要的应用前景,然而ZnO的p型掺杂难题仍然是其实际应用的最大障碍。氮元素是目前公认的最有可能成功实现稳定、高效的ZnO的p型掺杂的元素,因此我们希望通过研究ZnO中N的掺杂机制和缺陷行为,并研究退火过程对材料微观结构和光电特性的影响,为实现p型ZnO导电这一前沿难题提供科学可行的思路和方法。ZnO材料是一种极性氧化物半导体。由于O面和Zn面极性的ZnO材料在物理和化学特性方面存在较大差异,包括掺杂效率、表面形貌、电学输运、表面吸附、表面重构与缺陷、发光特性和肖特基接触等,因此极性控制对材料质量和最终光电器件的性能都具有非常重要的影响。通过不同的预处理方法实现对ZnO的极性控制是获得高质量ZnO材料的关键前提,因此我们研究了不同预处理对ZnO极性、外延模式和杂质污染的影响,进而优化生长条件实现高质量ZnO的二维层状外延。另外,中间带太阳电池因具有结构简单、成本低且理论效率非常高等优点,具有很好的发展前景。基于Ⅲ-Ⅴ和Ⅱ-Ⅵ的高失配合金体系是目前中间带光伏材料研究的重点,理论和实验都已经证明了ZnTe:O和GaAs:N中间带的存在。制备高质量的ZnTe:O单晶薄膜也是本文的重点研究内容之一本文的主要成果如下：1、利用MOCVD方法在ZnO单晶衬底上同质外延制备出高质量的ZnO单晶薄膜,并研究了衬底极性和衬底预处理温度对外延生长模式、表面形貌、晶体质量、缺陷形成、杂质浓度和发光特性的影响。研究表明,Zn极性面ZnO衬底易诱导二维层状外延生长,表面具有原子级平整度,且有效抑制MOCVD低温生长造成的非故意碳掺杂污染问题,具有较好的紫外激子发光特性。过高的预处理温度会导致衬底表面缺陷处形成严重的解吸附,从而影响后续二维层状同质外延。研究发现1000℃预处理Zn极性面ZnO单晶衬底是实现高品质的ZnO同质外延最合适的条件。2、利用MOCVD方法在ZnO模板衬底通过原位掺杂制备出高质量ZnO:N薄膜,研究了材料中补偿施主的性质和行为,并使用快速热退火的方法成功激活了ZnO:N中可能的受主,通过C-V测量观察到p型导电特征。采用Hall测量、变温光致发光谱和拉曼散射等手段揭示了N掺杂及后续退火对材料缺陷结构的影响。研究发现,No-Zni复合体和Zni团簇是ZnO:N中主要的补偿施主,而NHx占据Zn位或者N2占据Zn位是可能的稳定浅受主,退火导致间隙锌缺陷团簇形成,并在高温下分解和脱附。3、利用MOCVD方法通过Te-N共掺ZnO样品并进行退火的方式研究了ZnO本征缺陷(Zni, VZn)的行为。Zni团簇在ZnO中是一种浅施主,并且在Te-N共掺ZnO以及快速退火样品中能够稳定存在。同时发现Te-N共掺在抑制本征缺陷Zni团簇中起到了明显的作用。可能的浅受主为No-Zn-Te, VZn-No复合体以及Vzn团簇,单独的Zni和VZn可能会相互结合,并在高温下扩散而离开晶格。然而,单独的Zni和VZn团簇在N元素的掺杂的环境中可能是稳定的。在N掺杂ZnO薄膜中,一个合适的设计来增加VZn团簇并同时抑制Zni和Zni团簇是一条可能的形成稳定的可靠的p型ZnO材料的途径。4、通过MOCVD的方法在c轴蓝宝石上外延利用低温非平衡条件制备出了ZnTe:O高失配合金单晶薄膜,并对材料进行了热退火研究,重点研究了原位氧掺杂和热退火对材料微观结构、化学价键状态和中间带发光特性的影响。研究发现,原位氧掺杂并未导致晶格发生严重畸变,甚至产生其他物质相,其单晶特性说明了MOCVD制备方法的技术优势。通过面对面覆盖的退火优化方式,有效避免了ZnTe:O表面被氧化和改善了材料的晶体结构质量,同时在～1.9eV处形成以氧等电子陷阱为主的中间能带,与能带非交叉模型计算的结果高度一致。优化MOCVD制备条件及退火处理方法有利于实现中间带由非辐射复合的局域态向辐射复合的扩展态过渡,为提高ZnTe:O基中间带太阳电池转换效率提供可能。