[發明專利]一種ZnO基發光二極管及其制備方法

有效

• 申請號: 200710070016.X
• 申請日: 2007-07-13
• 公開（公告）號: CN101097979A
• 公開（公告）日: 2008-01-02
• 發明（設計）人: 葉志鎮;曾昱嘉;盧洋藩;徐偉中
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司
• 代理人: 韓介梅

技術領域

本發明涉及ZnO基發光二極管及其制備方法。

背景技術

ZnO由于其室溫下3.37eV的直接帶寬和60meV的激子束縛能，被認為是一種理想的短波長發光器件材料。制備性能可控的n型和p型ZnO導電晶體薄膜是實現ZnO基光電器件應用的關鍵。目前，人們對于n型ZnO晶體薄膜的研究已經比較成熟，已經能夠實現具有優異性能的n型ZnO晶體薄膜的實時摻雜生長。然而，ZnO的p型摻雜卻遇到諸多困難，這主要是由于受主元素在ZnO中的固溶度很低，受主能級一般很深，而且ZnO本身存在著諸多本征施主缺陷，對受主會產生高度的自補償效應。氮作為一種研究最為廣泛的受主元素，同樣面臨上述的摻雜困難。目前，ZnO中的氮摻雜廣泛采用等離子體輔助生長方法，通過提高氮源的反應能力以提高氮的固溶度。然而，等離子體輔助生長技術一般成本較高，設備維護較困難，生長條件不易控制。并且所生長的p型ZnO薄膜的性能仍有待提高。因此，如何實現可控，高效的p型摻雜已成為目前制備ZnO基發光二極管中關鍵而又亟待解決的一項技術。

發明內容

本發明的目的是提供一種p型摻雜可控、成本低，利于提高器件性能的ZnO基發光二極管及其制備方法。

本發明的ZnO基發光二極管是以ZnO為基，在襯底的一面自下而上依次沉積有n-ZnO薄膜層、n-Zn_1-xMg_xO薄膜層、0<x<0.6，ZnO量子阱層、p-Zn_1-xMg_xO薄膜層、0<x<0.6，p-ZnO薄膜層和第二電極，在襯底的另一面沉積有第一電極，其中ZnO量子阱層由z個周期的ZnO/Zn_1-yMg_yO量子阱層構成，0<y<0.5，z值為5～10。

上述的襯底可以是硅、氧化鋅或氮化鎵。第一電極為Ti/Au合金，第二電極為Ni/Au合金。

本發明的ZnO基發光二極管的制備方法，步驟如下：

將襯底表面清洗后放入金屬有機物化學氣相沉積系統的生長室中，生長室抽真空至10^-4Pa，加熱襯底至300～600℃，通入有機鋅源、氧氣，生長壓強為50Torr，在襯底上沉積n-ZnO薄膜層；通入有機鋅源、有機鎂源、氧氣，生長壓強為50Torr，在n-ZnO薄膜層上沉積n-Zn_1-xMg_xO薄膜層、0<x<0.6；交替通入有機鋅源、氧氣以及有機鋅源、有機鎂源、氧氣，生長壓強為50Torr，沉積ZnO層和Zn_1-y?Mg_yO層，0<y<0.5，以形成5～10個周期的ZnO量子阱層；然后通入有機鋅源、有機鎂源、氧氣、一氧化氮，NO/O₂的摩爾比為0.3～0.7，生長壓強為30Pa，在ZnO量子阱層上生長p-Zn_1-xMg_xO薄膜層、0<x<0.6；接著通入有機鋅源、氧氣、一氧化氮，NO/O₂的摩爾比為0.3～0.7，生長壓強為20Pa，生長p-ZnO薄膜層；最后采用電子束蒸發法在p-ZnO薄膜層上沉積第二電極，在襯底的另一面沉積第一電極。

制備過程中，沉積n-ZnO薄膜層和n-Zn_1-x?Mg_xO薄膜層，可以用Ga或Al源作為n型摻雜劑。

本發明的有益效果在于：

1)本發明生長成本低，生長條件易控，有利于產業化生產；

2)采用O₂/NO混合氣體的非等離子體輔助氮摻雜生長p-ZnO和p-Zn_1-xMg_xO薄膜，通過優化NO/O₂比例可以提高氮摻雜濃度，有利于提高器件性能，并且有效提高可重復性；

3)量子阱作為有源層，利于提高發光效率；

4)ZnO同質結結構，界面晶格匹配性好，有利于提高器件的性能。

附圖說明

圖1是本發明ZnO基發光二極管的結構示意圖。

具體實施方式