ZnO作为一种直接?隙半导体材料，其禁带宽度为3.37 eV，室温下激子束缚能高达60 meV，这些优势使得ZnO成为极具潜力的制备短波长发光器件的材料。由于高效、稳定、可重复的p-ZnO制备仍是一大难题，人们一般采用p-GaN作为衬底来制备ZnO基异质结发光二极管（LEDs）。但ZnO薄膜材料本征缺陷过多，材料自吸收效应明显以及较强的衰减全反射，极大限制了ZnO薄膜LEDs的量子效率。相比而言，有序ZnO纳米棒具有较高的结晶质量及优良的波导特性，因此基于ZnO纳米结构的LEDs引起了人们极大的研究兴趣。
近年来，我实验室张兴旺研究员领导的功能薄膜材料研究组在有序ZnO纳米棒LEDs方面获得了一系列重要研究进展。采用PS球/TiOx模板在p-GaN衬底上外延生长出了大面积高度有序的图案化ZnO纳米棒阵列（ACS Appl. Mater. Interfaces 3, 4388 (2011)）。通过在纳米棒的间隙中填充PMMA，等离子刻蚀露出ZnO纳米棒尖端后覆盖ITO作为电流扩展层，制备出ZnO有序纳米棒LEDs（Appl. Phys. Lett. 100, 171109 (2012)）。与ZnO薄膜器件相比，基于ZnO有序纳米棒的发光二极管具有较低的开启电压与较强的ZnO近带边紫外电致发光，器件性能的提高归因于ZnO纳米棒较低的界面缺陷态密度，良好的波导效应以及异质结界面较高的载流子注入效率。由于石墨烯紫外透光率高、方块电阻低，同时具有较好的机械性能，因此可作为优良的透明电极材料。我们将石墨烯直接覆盖在ZnO有序纳米棒的顶端代替ITO做电流扩展层，制备出了新型结构ZnO纳米棒LEDs（Appl. Phys. Lett.101, 121104 (2012)）。利用石墨烯同时作为透明电极和电流扩展层，不仅可以简化工艺（省去旋涂聚合物隔离层及等离子体刻蚀等步骤），而且器件电致发光性能较传统结构LEDs有明显改善。发光强度的提高可归因于石墨烯高的光透过率、较好的欧姆接触性能以及良好的电流扩展特性。
图1 采用PS球/TiOx模板法制备有序ZnO纳米棒阵列的工艺流程图，与流程图相对应的制备有序ZnO纳米结构过程中样品的SEM图像。
图2 （a）填充PMMA以ITO为透明电极的传统结构ZnO纳米棒基LEDs的电致发光光谱，（b）采用石墨烯为透明电极及电流扩展层的ZnO纳米棒LEDs的电致发光光谱，（c）覆盖有石墨烯的ZnO纳米棒阵列的SEM图像。