[发明专利]单根ZnO微米线异质结基近红外发光二极管及制备方法

说明书

本发明公开了一种单根ZnO微米线异质结基近红外发光二极管及其制备方法，所述发光二极管包括p‑GaAs衬底，在p‑GaAs衬底一侧设有金属Ni/Au电极，构成发光二极管的阳极；在p‑GaAs衬底上还设有单根n‑ZnO:Ga微米线，在单根n‑ZnO:Ga微米线的一端表面设有Ag电极，构成发光二极管的阴极。本发明通过构筑n‑ZnO:Ga/p‑GaAs异质结结构，在正向偏压下，实现了近红外发光二极管，促进了LED在红外光源领域的应用。

技术领域

本发明属于半导体光电子器件技术领域，具体涉及一种单根ZnO微米线异质结基近红外发光二极管及其制备方法。

背景技术

红外发光二极管最初应用于光电断路器、遥控器、监控摄像机、烟雾探测器等设备中，如今更多地应用于虚拟现实（VR）、增强现实（AR）、汽车车牌号识别、触摸屏显示、眼球追踪、虹膜识别、脉搏血氧仪、红外探测器等。随着汽车、手机、医疗等领域对光子技术的要求日益提升，红外发光二极管存在极大的应用前景。

ZnO微纳结构作为直接带隙、宽禁带半导体材料，结晶质量高，拥有光学谐振腔，被广泛应用于发光二极管和探测器。但是，P型ZnO掺杂非常困难，载流子的有效注入率低，稳定性较差。GaAs是Ⅲ-Ⅴ族元素化合的半导体材料，具有成熟的掺杂工艺，是红光LED及近红外光电器件核心材料之一。GaAs被广泛应用于通讯、LED、LD、光电接受器等。目前GaAs材料与ZnO材料之间的晶格失配较大，在GaAs上生长的ZnO薄膜本身就有很大的生长应力，对生长工艺的要求非常高，严格意义上说，很难得到高质量的 ZnO/GaAs异质结光电器件。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的不足，通过利用高结晶质量的单根n-ZnO:Ga微米线与p-GaAs形成有效的异质结结构，避免了GaAs直接生长ZnO薄膜而导致晶格失配问题，从而实现新型的近红外发光二极管。该新型近红外发光二极管可以被应用于集成电路、触摸屏显示、眼球追踪等领域。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

单根ZnO微米线异质结基近红外发光二极管，包括p-GaAs衬底，在p-GaAs衬底一侧设有金属Ni/Au电极，构成发光二极管的阳极；在p-GaAs衬底上还设有单根n-ZnO:Ga微米线，在单根n-ZnO:Ga微米线的一端表面设有Ag电极，构成发光二极管的阴极。

进一步地，p-GaAs衬底厚度335~365μm，空穴浓度为1.4*10¹⁹ ~2.0*10¹⁹ /cm³，空穴迁移率为10~100cm²/V·s。

进一步地，所述金属Ni/Au电极的厚度为20~40nm。

进一步地，所述n-ZnO:Ga微米线的电子浓度为10¹⁷ ~10¹⁹ /cm³，电子迁移率为5~100cm²/V•s。

进一步地，所述Ag电极的厚度为20~40nm。

上述单根ZnO微米线异质结基近红外发光二极管的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，对p-GaAs衬底进行退火、清洗，保证p-GaAs衬底干净和平整；

步骤2，在p-GaAs衬底上一侧通过蒸镀制备金属Ni/Au电极；

步骤3，在n-ZnO:Ga微米线一端的一个侧面上通过蒸镀制备Ag电极；

步骤4，在步骤2得到的p-GaAs衬底上将Ag电极朝上按压步骤3得到的单根n-ZnO:Ga微米线，形成p-GaAs/n-ZnO:Ga异质结构，即构成完整的单根ZnO微米线异质结基近红外发光二极管器件。