[发明专利]一种实现单根GaTe/ZnO异质结纳米线电泵浦发光二极管的方法

说明书

本发明公开了一种实现单根GaTe/ZnO异质结纳米线电泵浦发光二极管的方法，其工艺步骤如下：a)在蓝宝石衬底上制备n型ZnO纳米线；b)在长有ZnO纳米线的衬底上物理掩膜，遮挡部分衬底后再合成p型GaTe材料，获得一部分被GaTe包裹而一部分是裸露的ZnO的异质结纳米线；c)使用电子束沉积系统在选定的GaTe/ZnO异质结纳米线上沉积Au和Ni/Au，再通过引线获得电泵浦系统；d)通过扫描电子显微镜、拉曼光谱等表征手段分析所合成复合结构，然后在电泵浦下测试单根GaTe/ZnO异质结纳米线发光二极管的光电性质。本发明高效合成可控，制得的GaTe/ZnO异质结纳米线有很高的结晶质量，不仅对新型二维材料GaTe的合成有更进一步的研究，而且第一次实现单根GaTe/ZnO异质结纳米线电泵浦发光二极管集成。

技术领域

本发明涉及纳米材料制备及纳米线发光二极管领域，具体涉及实现单根GaTe/ZnO异质结纳米线电泵浦发光二极管的方法。

背景技术

半导体纳米线因其本身理想的几何形貌和结晶质量、优异的光学电学性质而在发光器件领域备受关注。实现单根半导体纳米线的发光器件仍然是一个有难度的事情，迄今为止大部分的单根纳米线发光器件都是通过光泵浦获得，比如F-P腔和回音壁模式(WGM)的单根纳米线激光器。然而，电注入的单根纳米线发光器件是其投入实际应用不可或缺的一步。目前，已有大量实验证明有效的载流子注入对电泵浦的单根纳米线发光器件来说是一个可行的路径，为了实现载流子的注入，半导体纳米线异质结结构被提出是一个不错的选择。

总所周知，当下合成n型的ZnO纳米线已经有非常成熟的工艺，而GaTe作为一种新型的P型硫化物，其具有较高的空穴密度(6×10¹²cm^-2)，这说明单根GaTe/ZnO纳米线异质结结构在电泵浦的发光器件中是有应用前景的。此外，GaTe和其它的过渡金属硫化物不一样，它的体材料和原子层材料在常温下都是直接带隙的(1.65eV)。碲化镓属于单斜晶系(C₂/m空间群)，六方相是其亚稳态相。同其它二维材料一样，GaTe层内原子通过共价键结合，而层间则以较弱的范德瓦尔斯力结合，它的层状由Te-Ga-Ga-Te沿着c轴组成。合适的能带宽度使其在太阳能窗口材料和室温辐射探测等方面都有潜在应用，但因其晶体结构较为复杂，这使得GaTe的结构研究仍待深入，其可控合成仍然是一个亟待解决的科学问题。

因此，有必要对GaTe的纳米材料和其异质结结构进行相关研究，这将是制造高效有用的GaTe光电器件的关键。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的是提供一种实现单根GaTe/ZnO异质结纳米线电泵浦发光二极管的方法，利用容易合成的n型ZnO纳米线作为p型硫族化合物GaTe的生长前驱结构，成功实现了单根GaTe/ZnO异质结纳米线电泵浦发光二极管的集成。

本发明提供一种利用上述方法制备的ZnO\GaTe复合结构实现电泵浦单根GaTe/ZnO异质结纳米线发光二极管的集成，克服单根纳米线发光器件难于集成的困难。

本发明是通过以下的技术方案实现的。

一种实现单根GaTe/ZnO异质结纳米线电泵浦发光二极管的方法，包括以下工艺：

a)蓝宝石片子和石英舟清洗；

首先，将1×1cm大小，厚度为0.5mm，表面平整度为0.2nm的<100>蓝宝石衬底放入装有50毫升乙醇的烧杯中，进行超声清洗15分钟，取出用氮气枪吹干；接着，将吹干的蓝宝石衬底放入另外一个装有50毫升丙酮的烧杯中，进行超声清洗15分钟，取出用氮气枪吹干；最后将吹干的蓝宝石衬底放入100毫升的去离子水中，进行超声清洗10分钟，取出用氮气枪吹干。

b)蓝宝石衬底退火；