[發明專利]改善n-ZnO/AlN/p-GaN異質結發光二極管電致發光性能的方法無效

申請號：	201010607413.8	申請日：	2010-12-27
公開（公告）號：	CN102130229A	公開（公告）日：	2011-07-20
發明（設計）人：	張曙光;張興旺;尹志崗;董敬敬;游經碧	申請（專利權）人：	中國科學院半導體研究所
主分類號：	H01L33/00	分類號：	H01L33/00;H01L33/26
代理公司：	中科專利商標代理有限責任公司 11021	代理人：	周國城
地址：	100083 ***	國省代碼：	北京;11
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摘要：
搜索關鍵詞：	改善 zno aln gan 結發二極管電致發光性能方法
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【說明書】：

技術領域

本發明涉及半導體光電子器件技術領域，特別是一種改善n-ZnO/AlN/p-GaN異質結發光二極管電致發光性能的方法。

背景技術

發光二極管(LEDs)被認為是繼白熾燈、日光燈之后的第三代半導體照明器件，其高效長壽命的優勢引起了人們極大的研究熱情。目前主流的發光二極管是由MOCVD外延GaN/InGaN量子阱制成。盡管GaN基LEDs取得了迅速的發展，器件在生長工藝方面仍面臨著很大的技術瓶頸，如材料中的缺陷濃度一直居高不下，基片散熱性有待提高，器件成本過高，且器件在大的注入電流條件下存在外量子效率降低的“Droop”效應。

ZnO是繼硅、鍺及砷化鎵之后的第三代半導體材料，是一種重要的II-VI族寬禁帶直接帶隙材料。ZnO與GaN有著相同的晶體結構和較小的晶格失配，但是ZnO較大的禁帶寬度(～3.37eV)和高的激子束縛能(～60meV)使其有望取代GaN成為短波長發光器件的潛在應用材料。

鑒于ZnO的上述優勢，近幾年來，ZnO基LEDs引起了人們極大的研究熱情。而高效穩定的p型ZnO材料的制備一直是科學界的一個難題，因此ZnO基同質結LEDs的制備受到極大的限制。由于GaN的p型摻雜已經非常成熟且性能穩定，許多人將研究的目光集中在n-ZnO/p-GaN上面。然而單純的異質結發光很弱且缺陷發光十分明顯，于是人們想到在異質結中間插入一薄層高阻層，從而將載流子有效限制在結區，提高輻射復合的幾率。但是勢壘層增加了器件的串阻，降低器件的開啟電壓，不利于器件整體性能的提高。解決該問題的途徑之一是提高ZnO薄膜的電學性能從而提高器件的發光性能。

發明內容

(一)要解決的技術問題

針對當前ZnO基p-i-n發光二極管串阻很大，開啟電壓高，發光效率低的現狀，本發明的主要目的在于提供一種改善n-ZnO/AlN/p-GaN異質結發光二極管電致發光性能的方法。

(二)技術方案

為達到上述目的，本發明提供了一種改善n-ZnO/AlN/p-GaN異質結發光二極管電致發光性能的方法，該方法是采用對n-ZnO/AlN/p-GaN異質結發光二極管進行氫等離子體處理的方式，來改善n-ZnO/AlN/p-GaN異質結發光二極管電致發光性能。

上述方案中，該方法具體包括如下步驟：使用掩膜將n-ZnO/AlN/p-GaN異質結發光二極管蓋住，露出需要進行氫等離子體處理的ZnO部分；將n-ZnO/AlN/p-GaN異質結發光二極管送入電容耦合等離子體系統中進行氫等離子體處理；氫等離子體處理過程中器件的溫度為T，射頻功率為W_H，氣路中氫氣的流量為F，氫氣的壓強為P_H，處理時間為t_H。

上述方案中，所述氫等離子體處理之前，該電容耦合等離子體系統的背景真空被抽至1×10^-4Pa以下。

上述方案中，所述氫等離子體處理之前，該電容耦合等離子體系統被通入氫氣，調整氣體流量計使氣路中氫氣的流量F為50-120sccm，調整氣體壓強P_H為50至200Pa。

上述方案中，所述氫等離子體處理溫度T為室溫。

上述方案中，所述氫等離子體處理射頻功率W_H為10至100W。

上述方案中，所述氫等離子體處理時間t_H為20至200分鐘。

(三)有益效果

從上述技術方案可以看出，本發明具有以下有益效果：

1、本發明通過對器件中ZnO一側進行氫等離子體處理，ZnO中的電子濃度和遷移率有了較大提高，而高阻的AlN層可以阻止氫原子向GaN中擴散，使氫等離子體處理后GaN層仍保持優良的電學性能。

2、通過實驗發現，本發明對器件進行氫等離子體處理后，器件的串阻減小兩倍，開啟電壓明顯降低。氫等離子體處理80分鐘后，器件的電致發光性能得到了明顯提高，在相同的注入電流下，其室溫電致發光強度是處理前的三倍。

附圖說明

圖1是本發明提供的改善n-ZnO/AlN/p-GaN異質結發光二極管電致發光性能的方法流程圖；

圖2為在藍寶石襯底上生長的ZnO薄膜氫等離子體處理前和處理后的拉曼光譜；