[發明專利]一種基于N-ZnO/N-GaN/N-ZnO異質結的雙向紫外發光二極管及制備方法

有效

• 申請號: 201910338046.7
• 申請日: 2019-04-25
• 公開（公告）號: CN110137316B
• 公開（公告）日: 2020-06-30
• 發明（設計）人: 徐春祥;劉威;石增良;李竹新
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00;H01L33/08;H01L33/26
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 王安琪

本發明公開了一種基于N?ZnO/N?GaN/N?ZnO異質結的雙向紫外發光二極管及制備方法，二極管包括：N?ZnO微米線、N型GaN薄膜、PMMA保護層和合金電極；方法包括如下步驟：將兩根N?ZnO微米線平鋪在N?GaN薄膜上，旋涂PMMA保護層固定N?ZnO微米線，至PMMA保護層漫過N?ZnO微米線，在烘干臺上使PMMA保護層凝固，然后利用O₂將PMMA保護層刻蝕至N?ZnO微米線露出，分別在不同的N?ZnO微米線上制備合金電極，構建N?ZnO/N?GaN/N?ZnO型異質結，構成完整的器件。本發明構建了N/N/N對稱結構，器件正反向發光總量相同；器件由N型ZnO和N型GaN組成，器件發光位置為紫外區域，器件開啟電壓較小；N?ZnO/N?GaN/N?ZnO異質結發光二極管發光中心位于371nm和385nm，紫外發光占比高于80％，器件可在交流電驅動下正常工作。

技術領域

本發明涉及半導體光電子器件技術領域，尤其是一種基于N-ZnO/N-GaN/N-ZnO異質結的雙向紫外發光二極管及制備方法。

背景技術

氧化鋅具有60meV的高激子結合能和3.37eV的寬直接帶隙，是一種非常有前途的紫外發光二極管特別是激光二極管的半導體材料。近年來，隨著p型摻雜氧化鋅的發展，要獲得高穩定的p型氧化鋅仍有許多困難，這阻礙了氧化鋅紫外發光二極管和激光二極管的發展。為了解決這一難題，引入P-GaN來制備氧化鋅基發光二極管和激光二極管，但它仍然存在許多問題，如載流子濃度低、方阻阻高。此外，N-ZnO/P-GaN異質結構的電泵浦激發光譜大多以P-GaN中缺陷相關的可見光發射(～420nm)為主，并且N-ZnO中的紫外發射總是受到抑制。從工藝和質量(載流子濃度、載流子遷移率、方阻)來看，N-GaN比P-GaN好，而且制備工藝簡單。

傳統的照明驅動電路由功率因數校正電路、交流/直流變換器電路和輸出恒流電路組成，如果使用雙向發光二極管可能只需要兩個電路。但現有的雙向發光二極管的結構在正向偏壓和反向偏壓下具有不同的發射波長和不同的光強度。發光二極管的光強和波長是影響頻閃的兩個主要因素，頻閃是一種對眼睛有害的現象。因此，現階段雙向發光二極管在照明和顯示領域的應用較少。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于，提供一種基于N-ZnO/N-GaN/N-ZnO異質結的雙向紫外發光二極管及制備方法，使用N型ZnO和N型GaN構建對稱結構，紫外發光占比高，開啟電壓小，正反向偏壓下發光總量不變，發光波長變化小，可用于制備雙向發光二極管應用于照明和顯示領域。

為解決上述技術問題，本發明提供一種基于N-ZnO/N-GaN/N-ZnO異質結的雙向紫外發光二極管，包括：N-ZnO微米線、N型GaN薄膜、PMMA保護層和合金電極；N型GaN薄膜上平鋪兩根N-ZnO微米線，旋涂PMMA保護層固定N-ZnO微米線，分別在不同的N-ZnO微米線上制備合金電極。

優選的，N-ZnO微米線的電子濃度為10¹⁶-10¹⁹/cm³，電子遷移率為5-40cm²/V·s。

優選的，N型GaN薄膜厚度為0.5-10μm，電子濃度為10¹⁷-10¹⁹/cm³，電子遷移率為20-100cm²/V·s。

優選的，電極均位于N-ZnO微米線上，是Ni/Au合金電極或者Ti/Au合金電極。

相應的，一種基于N-ZnO/N-GaN/N-ZnO異質結的雙向紫外發光二極管的制備方法，包括如下步驟：