[发明专利]低维高亮绿光发射InGaN基异质结二极管及其制备方法

说明书

本发明公开了一种新型低维高亮绿光发射InGaN基异质结二极管及其制备方法，此绿光发射二极管由6个部分组成：(a)蒸镀在p‑InGaN衬底上的Ni/Au电极；(b)p‑InGaN衬底；(c)蓝宝石衬底；(d)金属In电极；(e)n‑ZnO:Ga微米线；(f)石英衬底。本发明采用载流子浓度高，导电性能优异的Ga掺杂n‑ZnO微米线，将单根n‑ZnO:Ga微米线与p‑InGaN(禁带宽度为2.30eV)衬底相结合构筑异质结发光二极管。此发光二极管展现出了良好的整流特性，在此二极管两端施加偏压时，出现了高强、稳定的绿光发射，促进了绿光二极管在生产生活中的应用。

技术领域

本发明涉及半导体光电子器件技术领域，涉及发光二极管，具体涉及低维高亮绿光发射InGaN基异质结二极管及其制备方法。

背景技术

在种植业领域，绿光补光可以促进植物幼苗的生长；在显示领域，绿光可以用于全色屏幕、交通信号；在医疗领域，绿光可以改善因为过度劳累，以及压力大、精神紧张引起的皮肤粗糙，还有黑头、粉刺等。随着社会的发展，对绿光的需求也会越来越高，发展高效、稳定的绿光光源也将是一个需要深究的研究方向。ZnO作为一种直接带隙半导体，在常温具有很高的激子结合能(60eV)，同时，以气相沉积法生长的ZnO微纳结构具有优异的结晶度，使其在微纳光电器件领域得到了广泛的研究。InGaN为第三代半导体，其禁带宽度从0.7eV到3.4eV连续可调，对应的波长涵盖了紫外—可见—近红外范围，同时，具有较高的载流子迁移率，在LED、太阳能电池领域具有很高的应用价值。虽然许多研究小组对n-ZnO/p-InGaN异质结绿光发光二极管进行了研究，但是对低维高亮、稳定的p-InGaN基异质结绿光二极管的构筑却鲜有报道。低维异质结结构是构筑高性能发光半导体器件的基石，具有极大的研究、应用价值。因此，本发明基于低维n-ZnO:Ga微米线，结合绿光发射p-InGaN衬底，构筑异质结绿光发光器件。由于Ga元素的掺杂，极大的提高了ZnO微米线载流子浓度，提高了异质结载流子的注入效率，实现了高亮、稳定的低维高亮绿光异质结二极管的构筑。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低维高亮绿光发射InGaN基异质结二极管及其制备方法。采用结晶质量优异的单根n-ZnO:Ga微米线与禁带宽度为2.30eV的p-InGaN衬底构筑异质结二极管，在2μA的低电流下，即可实现绿光发射，随着电流的增加，即可得到高强、稳定的绿光。该低维高亮绿光发光二极管可被用于白光LED、生物医学等领域。

为实现上述目的，本发明所述低维高亮绿光发射InGaN基异质结二极管的制备方法，包括以下步骤：

(1)将p-InGaN衬底高温退火，之后对其进行多次清洗；

(2)在(1)中清洗过的p-InGaN上蒸镀Ni/Au电极；

(3)将石英衬底和蓝宝石衬底清洗干净；

(4)将清洗好的p-InGaN衬底和蓝宝石衬底固定在石英衬底上，将单根n-ZnO:Ga微米线置于二者之上，取一块In电极，置于蓝宝石一测的微米线上，作为阴极，即可构筑低维高亮绿光发射二极管。

步骤(1)所述p-InGaN衬底退火、清洗的方法：将p-InGaN基底放入高温管式炉中，保持氮气气氛，以750℃～850℃退火，退火时间为1.5小时；退火之后将衬底取出，以氮气枪使其迅速降温冷却；然后将其分别放入三氯乙烯、丙酮、乙醇、去离子水中，以超声清洗机清洗20分钟；再将其以去离子水清洗三次；最后，将清洗过的衬底以氮气枪吹干。其中，本发明采用的p-InGaN衬底的尺寸为3cm*2.5cm。

步骤(2)所述p-InGaN衬底Ni/Au电极的制备：用掩模板将p-InGaN衬底覆盖住一部分，利用电子束蒸镀仪，在衬底上蒸镀Ni和Au金属，在裸露部分就可以得到Ni/Au电极，电极厚度为20～40nm。所制备的Ni/Au电极与p-InGaN衬底间为欧姆接触，作为异质结发光二极管的阳极。