[发明专利]一种ZnO基发光二极管及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及ZnO基发光二极管及其制备方法。

背景技术

ZnO由于其室温下3.37eV的直接带宽和60meV的激子束缚能，被认为是一种理想的短波长发光器件材料。制备性能可控的n型和p型ZnO导电晶体薄膜是实现ZnO基光电器件应用的关键。目前，人们对于n型ZnO晶体薄膜的研究已经比较成熟，已经能够实现具有优异性能的n型ZnO晶体薄膜的实时掺杂生长。然而，ZnO的p型掺杂却遇到诸多困难，这主要是由于受主元素在ZnO中的固溶度很低，受主能级一般很深，而且ZnO本身存在着诸多本征施主缺陷，对受主会产生高度的自补偿效应。氮作为一种研究最为广泛的受主元素，同样面临上述的掺杂困难。目前，ZnO中的氮掺杂广泛采用等离子体辅助生长方法，通过提高氮源的反应能力以提高氮的固溶度。然而，等离子体辅助生长技术一般成本较高，设备维护较困难，生长条件不易控制。并且所生长的p型ZnO薄膜的性能仍有待提高。因此，如何实现可控，高效的p型掺杂已成为目前制备ZnO基发光二极管中关键而又亟待解决的一项技术。

发明内容

本发明的目的是提供一种p型掺杂可控、成本低，利于提高器件性能的ZnO基发光二极管及其制备方法。

本发明的ZnO基发光二极管是以ZnO为基，在衬底的一面自下而上依次沉积有n-ZnO薄膜层、n-Zn_1-xMg_xO薄膜层、0<x<0.6，ZnO量子阱层、p-Zn_1-xMg_xO薄膜层、0<x<0.6，p-ZnO薄膜层和第二电极，在衬底的另一面沉积有第一电极，其中ZnO量子阱层由z个周期的ZnO/Zn_1-yMg_yO量子阱层构成，0<y<0.5，z值为5～10。

上述的衬底可以是硅、氧化锌或氮化镓。第一电极为Ti/Au合金，第二电极为Ni/Au合金。

本发明的ZnO基发光二极管的制备方法，步骤如下：

将衬底表面清洗后放入金属有机物化学气相沉积系统的生长室中，生长室抽真空至10^-4Pa，加热衬底至300～600℃，通入有机锌源、氧气，生长压强为50Torr，在衬底上沉积n-ZnO薄膜层；通入有机锌源、有机镁源、氧气，生长压强为50Torr，在n-ZnO薄膜层上沉积n-Zn_1-xMg_xO薄膜层、0<x<0.6；交替通入有机锌源、氧气以及有机锌源、有机镁源、氧气，生长压强为50Torr，沉积ZnO层和Zn_1-y Mg_yO层，0<y<0.5，以形成5～10个周期的ZnO量子阱层；然后通入有机锌源、有机镁源、氧气、一氧化氮，NO/O₂的摩尔比为0.3～0.7，生长压强为30Pa，在ZnO量子阱层上生长p-Zn_1-xMg_xO薄膜层、0<x<0.6；接着通入有机锌源、氧气、一氧化氮，NO/O₂的摩尔比为0.3～0.7，生长压强为20Pa，生长p-ZnO薄膜层；最后采用电子束蒸发法在p-ZnO薄膜层上沉积第二电极，在衬底的另一面沉积第一电极。

制备过程中，沉积n-ZnO薄膜层和n-Zn_1-x Mg_xO薄膜层，可以用Ga或Al源作为n型掺杂剂。

本发明的有益效果在于：

1)本发明生长成本低，生长条件易控，有利于产业化生产；

2)采用O₂/NO混合气体的非等离子体辅助氮掺杂生长p-ZnO和p-Zn_1-xMg_xO薄膜，通过优化NO/O₂比例可以提高氮掺杂浓度，有利于提高器件性能，并且有效提高可重复性；

3)量子阱作为有源层，利于提高发光效率；

4)ZnO同质结结构，界面晶格匹配性好，有利于提高器件的性能。

附图说明

图1是本发明ZnO基发光二极管的结构示意图。

具体实施方式