氧化鋅(ZnO)是一種重要的寬禁帶半導體，具有激子束縛能高(60 meV)、原料豐富廉價等優點，可以實現室溫下的高效的激子受激發而成為新一代的半導體發光材料。 通過合金化摻雜的能帶工程研究， 對設計和制造高效ZnO光電器件具有非常重要的意義，如ZnMgO和ZnCdO可以分別實現ZnO薄膜能帶寬度的增加和縮小。但是由于晶體結構和原子大小的差異，在摻雜濃度較高時容易出現晶格失配缺陷和合金相分離現象，限制了能帶調節幅度。一維納米材料的小尺寸可以釋放半導體合金的晶格應力，得到較高的合金濃度和良好晶體質量，實現更大幅度的能帶調節，給ZnO能帶工程帶來新的機遇。

GaxZn1-xO納米線陣列的SEM圖，(a-f)對應于鎵摻雜濃度逐漸增加(0<x<0.66)

GaxZn1-xO納米線的高分辨TEM像和EDS元素分布掃描圖

　　高義華教授領導的研究小組近年來一直致力于ZnO一維納米材料的光電器件研究。通過簡單的化學氣相沉積方法，實現了高質量的GaxZn1-xO (0<x<0.66)納米線陣列的可控合成。利用先進的透射電鏡(FEI Titan G2 60-300)分析，發現高濃度鎵摻雜氧化鋅納米線保持良好的晶體質量和均勻組分分布。室溫PL光譜顯示隨著摻雜濃度的增加，GaxZn1-xO的近帶邊發射峰從378 nm 移動到418 nm。更重要的是，由GaxZn1-xO納米線陣列和p-GaN組成的LED器件電致發光譜顯示，通過調節鎵摻雜濃度，可以實現發光峰從紫外的382 nm到480 nm的可見光區域大范圍調節。這一工作拓寬了現有的40 nm的紅移范圍，為ZnO能帶工程研究和光電子器件發展邁出了重要一步。

n-GaxZn1-xO/p-GaN LED器件結構示意圖

(a)波長可調LED的EL光譜， (b) EL光譜的峰峰擬合分析，(c) n-GaxZn1-xO/p-GaN LED器件能帶示意圖，(d)為不同摻雜濃度LED器件發光的光學照片