[發(fā)明專利]一種氮化物橫向極性結(jié)及其制備方法、深紫外發(fā)光二極管

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111139496.7
• 申請(qǐng)日: 2021-09-26
• 公開（公告）號(hào): CN113948543A
• 公開（公告）日: 2022-01-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫曉娟;陳洋;黎大兵;蔣科;賁建偉;張山麗
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所
• 主分類號(hào): H01L27/15
• 分類號(hào): H01L27/15;H01L33/00;H01L33/06;H01L33/14;H01L33/22
• 代理公司: 深圳市科進(jìn)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 44316
• 代理人: 魏毅宏

本發(fā)明提供了一種氮化物橫向極性結(jié)及其制備方法、深紫外發(fā)光二極管，該氮化物橫向極性結(jié)，包括：襯底；二維材料微納圖形層；氮化物材料層。本發(fā)明的氮化物橫向極性結(jié)，二維材料微納圖形層的材料能夠?qū)崿F(xiàn)氮化物材料層的均勻極性反轉(zhuǎn)，有效地抑制了傳統(tǒng)極性調(diào)控方法存在的非均勻極性材料共存的難題；過(guò)渡金屬二硫?qū)倩衔飳娱g弱的范德華作用力，能夠有效的消除襯底和氮化物材料層之間的晶格失配作用，提高N極性氮化物材料的晶體質(zhì)量，同時(shí)降低內(nèi)部的殘余應(yīng)力。本發(fā)明的深紫外發(fā)光二極管，包括氮化物橫向極性結(jié)，配合氮化物橫向極性結(jié)實(shí)現(xiàn)電子和空穴的高效復(fù)合發(fā)光，能夠?qū)崿F(xiàn)載流子橫向輸運(yùn)特性的調(diào)控，提高深紫外發(fā)光效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及氮化物材料極性結(jié)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種氮化物橫向極性結(jié)及其制備方法、深紫外發(fā)光二極管。

背景技術(shù)

具有纖鋅礦結(jié)構(gòu)的氮化物材料沿其c軸方向具有鏡面對(duì)稱性，定義金屬極性的氮化物外延方向?yàn)閇0001]、N極性氮化物外延方向?yàn)榫哂蟹聪驑O性的氮化物材料將誘導(dǎo)形成相反的極化電場(chǎng)，通過(guò)合理地設(shè)計(jì)氮化物基電子器件中各層材料的組分和極性，實(shí)現(xiàn)器件中極化電場(chǎng)方向以及電子氣濃度、位置的有效調(diào)控，獲得高性能、多功能的氮化物基電子器件。然而，現(xiàn)有的電子器件結(jié)構(gòu)通常在垂直方向設(shè)計(jì)氮化物材料的極性結(jié)，極大地限制了器件的調(diào)控范圍。

特別是對(duì)于深紫外發(fā)光二極管的量子阱結(jié)構(gòu)，由于內(nèi)建極化電場(chǎng)的作用，氮化物材料的能帶傾斜導(dǎo)致電子-空穴對(duì)發(fā)生空間分離、波函數(shù)重疊降低，進(jìn)而導(dǎo)致器件的發(fā)光效率下降，即量子限制斯塔克效應(yīng)。這種限制效應(yīng)很難通過(guò)設(shè)計(jì)垂直構(gòu)型的氮化物極性結(jié)進(jìn)行改善。相反，通過(guò)設(shè)計(jì)橫向極性結(jié)，結(jié)合現(xiàn)有的垂直結(jié)構(gòu)型，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)氮化物材料的三維能帶結(jié)構(gòu)進(jìn)行全方位的調(diào)控，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高效率的深紫外發(fā)光器件。例如：設(shè)計(jì)橫向周期性分布的N極性和金屬極性的氮化物材料量子阱結(jié)構(gòu)，二者的能帶彎曲方向相反，金屬極性區(qū)域中的載流子能夠橫向輸運(yùn)至N極性的氮化物材料中；基于N極性氮化物材料中較高的波函數(shù)交疊，輸運(yùn)進(jìn)入的載流子在N極性氮化物材料中實(shí)現(xiàn)高效的輻射復(fù)合，能夠有效地提高深紫外波段器件的發(fā)光效率。

然而，現(xiàn)有的氮化物橫向極性結(jié)通常是在藍(lán)寶石襯底或特定極性氮化物材料模板上選區(qū)掩膜，再進(jìn)行分步生長(zhǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。存在兩個(gè)較為突出的難點(diǎn)和不足：其一、現(xiàn)有的襯底圖案化工藝復(fù)雜，且對(duì)于氮化物襯底模板，≥4英寸的批量化生產(chǎn)仍未實(shí)現(xiàn)；其二、基于該方法制備的N極性氮化物材料存在部分極性反轉(zhuǎn)的問(wèn)題，同時(shí)N極性氮化物材料的晶體質(zhì)量較差。

基于此，現(xiàn)有的氮化物材料橫向極性結(jié)制備工藝還不能滿足高質(zhì)量、大尺寸器件的生產(chǎn)，并未能有效地對(duì)深紫外發(fā)光二極管的性能進(jìn)行優(yōu)化提升。因此，需要對(duì)現(xiàn)有的氮化物材料橫向極性結(jié)的制備工藝進(jìn)行改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提出了一種氮化物橫向極性結(jié)及其制備方法、深紫外發(fā)光二極管，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)缺陷。

第一方面，本發(fā)明提供了一種氮化物橫向極性結(jié)，包括：

襯底；

二維材料微納圖形層，其陣列設(shè)置于所述襯底一側(cè)面；

氮化物材料層，其位于所述襯底的一側(cè)面且位于相鄰二維材料微納圖形層之間以及位于所述二維材料微納圖形層遠(yuǎn)離所述襯底的一側(cè)面；其中，所述二維材料微納圖形層的材料包括過(guò)渡金屬二硫?qū)倩衔铩-C₃N和g-C₃N₄中的至少一種。

優(yōu)選的是，所述的氮化物橫向極性結(jié)，還包括緩沖層，所述緩沖層位于所述氮化物材料層和所述襯底之間以及位于所述氮化物材料層與所述二維材料微納圖形層之間。

第二方面，本發(fā)明還提供了一種氮化物橫向極性結(jié)的制備方法，包括以下步驟：

提供襯底；

在所述襯底的一側(cè)面制備陣列設(shè)置的二維材料微納圖形層；