Mittels Photolumineszenz(PL)-Spektroskopie werden die Lumineszenzeigenschaften von wurtzitischen MgZnO-Dünnfilmen mit Mg-Konzentrationen im Bereich von 0 ≤ x ≤ 0,35 experimentell untersucht und die gefundenen Zusammenhänge anhand mehrerer im Rahmen dieser Arbeit entwickelter Modelle theoretisch beschrieben. Dabei werden Erklärungen für verschiedene Auswirkungen der Mischkristallunordnung auf die Lumineszenz dieses ternären Mischhalbleiters vorgestellt, welche in der Literatur bisher nicht bzw. nur unvollständig untersucht wurden. Aufgrund der Mischkristallverbreiterung überlagern sich in MgZnO für x > 0,02 die Lumineszenzbeiträge von störstellengebundenen, freien und in Potentialmulden lokalisierten Exzitonen. Sie können daher mittels zeitintegrierter PL nicht spektral getrennt werden. In dieser Arbeit wird gezeigt, dass die verschiedenen Übergänge dennoch durch zeitaufgelöste PL-Messungen unterschieden und identifiziert werden können. Die gemessenen PL-Transienten werden angepasst und die Linienform der Lumineszenzabklingkurven in Abhängigkeit von der PL-Energie analysiert. Die Bewegung der Exzitonen im Mischkristall wird unter Verwendung eines Effektiv-Masse-Modells quantenmechanisch beschrieben und der Einfluss der Mischkristallunordnung auf die optischen Übergänge qualitativ untersucht. Dabei wird insbesondere auf die Mischkristallverbreiterung sowie auf das nichtexponentielle Abklingen der Lumineszenz eingegangen. Daneben wird ein Tunnelmodell vorgestellt, mit welchem die zeitverzögerten PL-Spektren von MgZnO quantitativ reproduziert werden können. Dabei wird die asymmetrische Linienform sowie die zeitabhängige Rotverschiebung des Emissionsmaximums modelliert und die Parameter auf mikroskopische Eigenschaften der Exzitonen zurückgeführt. Außerdem wird die für Mischkristalle typische S-förmige Verschiebung des temperaturabhängigen PL-Maximums durch ein modifiziertes Arrheniusmodell erklärt.

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Mittels Photolumineszenz(PL)-Spektroskopie werden die Lumineszenzeigenschaften von wurtzitischen MgZnO-Dünnfilmen mit Mg-Konzentrationen im Bereich von 0 ≤ x ≤ 0,35 experimentell untersucht und die gefundenen Zusammenhänge anhand mehrerer im Rahmen dieser Arbeit entwickelter Modelle theoretisch beschrieben. Dabei werden Erklärungen für verschiedene Auswirkungen der Mischkristallunordnung auf die Lumineszenz dieses ternären Mischhalbleiters vorgestellt, welche in der Literatur bisher nicht bzw. nur unvollständig untersucht wurden. Aufgrund der Mischkristallverbreiterung überlagern sich in MgZnO für x > 0,02 die Lumineszenzbeiträge von störstellengebundenen, freien und in Potentialmulden lokalisierten Exzitonen. Sie können daher mittels zeitintegrierter PL nicht spektral getrennt werden. In dieser Arbeit wird gezeigt, dass die verschiedenen Übergänge dennoch durch zeitaufgelöste PL-Messungen unterschieden und identifiziert werden können. Die gemessenen PL-Transienten werden angepasst und die Linienform der Lumineszenzabklingkurven in Abhängigkeit von der PL-Energie analysiert. Die Bewegung der Exzitonen im Mischkristall wird unter Verwendung eines Effektiv-Masse-Modells quantenmechanisch beschrieben und der Einfluss der Mischkristallunordnung auf die optischen Übergänge qualitativ untersucht. Dabei wird insbesondere auf die Mischkristallverbreiterung sowie auf das nichtexponentielle Abklingen der Lumineszenz eingegangen. Daneben wird ein Tunnelmodell vorgestellt, mit welchem die zeitverzögerten PL-Spektren von MgZnO quantitativ reproduziert werden können. Dabei wird die asymmetrische Linienform sowie die zeitabhängige Rotverschiebung des Emissionsmaximums modelliert und die Parameter auf mikroskopische Eigenschaften der Exzitonen zurückgeführt. Außerdem wird die für Mischkristalle typische S-förmige Verschiebung des temperaturabhängigen PL-Maximums durch ein modifiziertes Arrheniusmodell erklärt.

This thesis reports a comprehensive study of quaternary BeMgZnO alloy and BeMgZnO/ZnO heterostructures for UV-optoelectronics electronic applications. It was shown that by tuning Be and Mg contents in the heterostructures, high carrier densities of two-dimensional electron gas (2DEG) are achievable and makes its use possible for high power RF applications. Additionally, optical bandgaps as high as 5.1 eV were achieved for single crystal wurtzite material which allows the use of the alloy for solar blind optoelectronics (Eg>4.5eV) or intersubband devices. A systematic experimental and theoretical study of lattice parameters and bandgaps of quaternary BeMgZnO alloy was performed for the whole range of compositions. Composition independent bowing parameters were determined which allows accurate predictions of experimentally measured values. The BeMgZnO thin films were grown by plasma assisted molecular beam epitaxy (P-MBE) in a wide range of compositions. The optimization of the growth conditions and its effects on the material properties were explored. The surface morphology and electrical characteristics of the films grown on (0001) sapphire were found to critically depend on the metal-to-oxygen ratio. Samples grown under slightly oxygen-rich conditions exhibited the lowest RMS surface roughness (as low as 0.5 nm). Additionally, the films grown under oxygen-rich conditions were semi-insulating (>105 Ω∙cm), while the films grown under metal-rich conditions were semiconducting (~102 Ω∙cm). Additionally, with increasing bandgap Stokes shift increases, reaching ~0.5 eV for the films with 4.6 eV absorption edge suggests the presence of band tail states introduced by potential fluctuations and alloying. From spectrally resolved PL transients, BeMgZnO films grown on a GaN/sapphire template having higher Mg/Be content ratio exhibit smaller localization depth and brighter photoluminescence at low temperatures. The optimum content ratio for better room temperature optical performance was found to be ~2.5. The BeMgZnO material system and heterostructures are promising candidates for the device fabrication. 2DEG densities of MgZnO/ZnO heterostructures were shown to improve significantly (above 1013 cm-2) by adding even a small amount of Be (1-5%). As an essential step toward device fabrication, reliable ohmic contacts to ZnO were established with remarkably low specific contact resistivities below 10-6 Ohm-cm2 for films with 1018 cm-3 carrier density.