[发明专利]一种量子阱耦合增强型ZnO基发光二极管

说明书

技术领域

本发明属于半导体光电器件技术领域，具体涉及一种周期性量子阱耦合调控增强型ZnO基发光二极管。

背景技术

近些年来，发光二极管（LED）已经被市场证明为一种具有巨大潜力的发光器件，广泛应用于显示屏、背光、照明等领域，也被国家定位为未来新能源、新材料发展领域里面的一个发展方向。目前ZnO被认为是有望实现下一代LED发光器件的主要材料，受到了国内外科研机构的广泛关注。对于ZnO基LED来说，多量子阱层的生长至关重要，该层通过载流子在量子阱中的量子限制效应来提升器件的发光效率。目前在ZnO基发光二极管的多量子阱中，阱层的材料是Cd_xZn_1-xO。但是由于CdO和ZnO的物理特性（晶格常数、热导率系数、极化强度、化学键能等）相差较大，量子阱中的缺陷密度往往较大，形成非辐射复合中心，降低了LED的发光效率；另外多量子阱中各阱层中空穴和电子的复合并没有关联，不利于实现载流子级联振荡耦合，从而发光效率得不到进一步提升。因此，有必要提出一种周期性量子阱耦合调控增强型ZnO基发光二极管。

发明内容

针对以上技术问题，本发明的目的在于提供一种量子阱耦合增强型ZnO基发光二极管，包括衬底1、衬底上面的缓冲层2、n型ZnO层3，在n型GaN层上面的Cd_xZn_1-xO/ZnO多量子阱4，在多量子阱层上面的p型ZnO层5，在p型层和n型层上的金属接触电极6；其中多量子阱层中阱层由Cd组份具有周期锯齿状变化的Cd_xZn_1-xO组成，垒层则由ZnO组成。

进一步地，所述的衬底1可为蓝宝石（Al₂O₃）、单晶硅（Si）、单晶氮化镓（GaN）、单晶砷化镓（GaAs）和单晶碳化硅（SiC）等。

进一步地，所述的缓冲层2可以是Mg、MgO、ZnO、Cd_xZn_1-xO中的一种或多种组合材料复合组成。

进一步地，所述的n型ZnO层通过掺Al或Ga实现，载流子浓度控制在10¹⁶ cm^-3~10²⁰cm^-3之间，厚度为50 nm~5 μm。

进一步地，所述的多量子阱MQWs对数为3~15对，由具有Cd组份周期锯齿形状变化的Cd_xZn_1-xO/ZnO组成，通过调节量子阱层中的Cd组份周期性变化，形成周期性的富In组份聚集区，使相邻量子阱间的载流子形成强烈耦合，并调节能带结构。Cd_xZn_1-xO阱层中调制的Cd组份波动不超过发光主波长特定Cd组份的20%。

所述的多量子阱结构具有以下三个优势：1，形成周期性的富Cd组份聚集区，降低载流子非辐射复合效率；2，相邻量子阱间的载流子形成强烈耦合，有利于载流子的集体振荡，提升辐射复合效率；3，调节能带结构，降低极化效应，提升量子阱中电子和空穴的波函数交叠，最终实现发光二极管的发光强度和量子效率大幅度提升。

进一步地，所述的多量子阱层中的Cd_xZn_1-xO层具有周期性应力。

进一步地，所述的p型ZnO层通过掺N、P、As或Li实现，载流子浓度控制在10¹⁶ cm^-3~10¹⁹ cm^-3之间，厚度为50 nm~500 nm。

进一步地，所述的接触金属电极为钛（Ti）、铂（Pt）、金（Au）、银（Ag）、铝（Al）等单层金属或金属复合层；接触电极层的厚度为30 nm~500 nm，然后在接触电极上再蒸镀一层10 nm~500 nm厚的金（Au）层，起到防止接触金属氧化和优化导电性能的作用。

上述量子阱耦合增强型ZnO基发光二极管的制备方法，包括如下步骤：