[發明專利]具有摻雜夾層結構的氧化鋅基發光器件

無效

• 申請號: 200810050429.6
• 申請日: 2008-03-04
• 公開（公告）號: CN101237016A
• 公開（公告）日: 2008-08-06
• 發明（設計）人: 夏曉川;杜國同;張源濤;馬艷;張寶林
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00;H01S5/00
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司
• 代理人: 張景林;劉喜生

技術領域

本發明屬于半導體發光器件領域，特別是涉及一種具有摻雜夾層結構的氧化鋅(ZnO)基發光器件。

背景技術

GaN系材料在固態照明領域有更廣泛的應用前景。ZnO和GaN的能帶間隙和晶格常數十分接近，有相近光電特性。但是，與GaN相比，ZnO具有更高的熔點和激子束縛能、激子增益更高、外延生長溫度低、成本低、容易刻蝕而使外延片的后道加工更方便等等。因此，ZnO基發光管、激光器等研制成功有可能取代或部分取代GaN基光電器件，會有更大的應用前景，特別是ZnO紫、紫外光電器件更為人們所重視。

通常的電注入p-n結型ZnO基發光器件和ZnO基激光器的芯片材料是由襯底1、ZnO基材料緩沖層2、ZnO基材料下限制層3、ZnO基材料有源層4、ZnO基材料上限制層5、ZnO基材料蓋層6等部件構成。這里所述的ZnO基材料包括ZnO、ZnMgO、ZnBeO、ZnCdO等材料。其中有源層4位于p-n結的結區，即，如果ZnO基材料緩沖層2和下限制層3是n型ZnO基材料，上限制層5和蓋層6則是p型ZnO基材料；反之，如果ZnO基材料緩沖層2和下限制層3是p型ZnO基材料，上限制層5和蓋層6則是n型ZnO基材料；有源層4和上、下限制層5、3可以是同一種材料，即是同質結型電注入p-n結ZnO基發光器件，也可以是不同材料，即是異質結型電注入p-n結ZnO基發光器件，有源層4可以是單一的ZnO基材料，也可以是ZnO基量子阱材料，如圖1所示。

目前，生長ZnO基薄膜材料的方法很多，如，脈沖激光沉積(PLD)、分子束外延(MBE)、金屬有機物化學氣相沉積(MOCVD)、濺射(Sputtering)、電子束蒸發、噴涂熱解和溶膠凝膠(Sol-gel)等方法。但是，通常生長的ZnO基薄膜材料由于偏離化學計量比而存在固有的氧空位和間隙鋅原子，使材料呈n型。這樣p型ZnO基薄膜材料的制取就成為研制電注入p-n結型ZnO光電器件必須解決的難點。另外，人為摻雜獲得n型ZnO材料的工藝也是十分必要的。本發明提出一種利用摻雜夾層進行可控摻雜的摻雜夾層型ZnO基發光器件。

發明內容

本發明的目的就是克服ZnO基材料p型摻雜難的問題，提供一種具有摻雜夾層結構的ZnO基發光器件。

本發明所設計的摻雜夾層型ZnO基發光器件芯片材料(見附圖2、圖3和附圖說明)，由襯底1、ZnO基材料緩沖層2、ZnO基材料下限制層3、ZnO基材料有源層4、ZnO基材料上限制層5、ZnO基材料蓋層6部件構成，其特征在于添加了摻雜夾層101。摻雜夾層101含有可在ZnO基材料中起受主作用雜質，能對ZnO基材料進行p型擴散摻雜。摻雜夾層101可以是GaAs、InP、Zn₃As₂等材料，其制備方法可以是濺射法、PLD法、MBE法或蒸發法，其厚度要薄，為5～150納米，其他層的厚度可視具體情況而定。在器件的制備過程中通過退火加熱擴散的方法，使摻雜夾層101周圍的ZnO基材料成為p型材料。退火溫度在400～1000攝氏度之間，時間可根據p型限制層的厚度掌握，一般為1～5小時。

ZnO基材料的生長方法可以是脈沖激光沉積(PLD)、分子束外延(MBE)、金屬有機物化學氣相沉積(MOCVD)、濺射(Sputtering)、電子束蒸發、噴涂熱解和溶膠凝膠(Sol-gel)等方法。ZnO基材料包括ZnO、ZnMgO、ZnBeO、ZnCdO等材料，其與GaAs、InP、Zn₃As₂等構成的夾層材料可以根據不同目的適當組合，制作不同材料的發光器件。襯底材料可以是Al₂O₃、Si、ZnO、GaF等常用單晶襯底。

本發明的效果和益處：

本發明通過引入夾層結構，可以克服ZnO基材料p型摻雜難的問題；還可根據需要，使摻雜夾層含有在ZnO基材料中起受主作用的雜質(如N、As和P等V族元素，或者Li等I族元素)或者含有起稀磁作用的雜質(如磁性過渡金屬Mn、Fe、Co、Ni)，以改變ZnO基材料特性；再有，可以利用夾層材料的表面特性誘導生長出所需的納米結構ZnO基材料層；更有，此種摻雜方法工藝簡單，容易形成突變結且操作安全性高。

附圖說明

圖1：通常的電注入p-n結型ZnO基發光器件芯片材料結構示意圖；

圖2：下摻雜夾層型ZnO基發光器件芯片材料結構示意圖；

圖3：上摻雜夾層型ZnO基發光器件芯片材料結構示意圖；