[发明专利]一种氧化锌基发光二极管及制造方法

说明书

本发明公开了一种新型的氧化锌基发光二极管及制造方法，包括P型硅衬底、圆柱形金属纳米颗粒阵列层、电子阻挡层和氧化锌(ZnO)层，通过金属纳米颗粒的局域表面等离子体效应增强ZnO的发光强度。本发明还公开所述发光二极管的制造方法，利用阳极氧化铝(AAO)薄膜制备纳米颗粒，可精确控制纳米颗粒的尺寸和间距。本发明的关键点在于利用AAO膜制备圆柱形金属纳米颗粒阵列，通过精确控制纳米颗粒阵列的形状、尺寸和间距，得到金属局域表面等离子体能量与ZnO激元能量最匹配的颗粒分布，最大程度增强ZnO发光，提高二极管的发光性能。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种新型的氧化锌(ZnO)基发光二 极管及其制造方法。

技术背景

近年来，由于体积小、重量轻、可抵抗磁场干扰、良好的线性特性及可高频 工作等优点，以宽禁带半导体为基础的紫外光电器件成为了未来发展的主要方 向。II-VI族氧化物ZnO因其直接宽带隙(3.37eV)和较大的激子束缚能(60meV)， 被广泛用于研制发光二极管、激光二极管、光探测器等紫外光电器件。然而， ZnO内部存在的本征缺陷如氧空位、锌间隙等限制了氧化锌(ZnO)紫外发光性 能，器件的发光强度一直备受影响。因此，抑制ZnO的缺陷发光，增强近带边 发光强度，提高发光二极管的发光性能，是学者研究的目标。

发明内容

本发明的目的是提供一种氧化锌(ZnO)基发光二极管及制备方法，解决现 有技术中ZnO紫外发光较弱的问题。本发明还提供了一种新型的ZnO基发光二 极管的制造方法，工艺简单，成本较低，适合大批量生产。

一种新型的氧化锌(ZnO)基发光二极管，包括P型硅衬底、圆柱形金属纳 米颗粒阵列层、电子阻挡层和氧化锌(ZnO)层，且所述金属颗粒的尺寸和间距 精确可控。本发明的关键点在于圆柱形金属纳米颗粒阵列层，通过控制圆柱形金 属纳米颗粒的尺寸和间距，使得金属局域表面等离子体能量与ZnO激元能量相 匹配。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：

进一步地，所述电子阻挡层为三氧化二铝(Al₂O₃)或二氧化铪(HfO₂)， 采用本步的有益效果是电子阻挡层可阻止金属颗粒与ZnO间非辐射耦合，同时 也不影响空穴从p型Si向ZnO层中转移。

实现本发明目的技术关键是：

通过阳极氧化铝薄膜(AAO)制备圆柱形金属纳米颗粒阵列，精确控制纳 米颗粒阵列的分布、尺寸和间距，利用金属纳米颗粒的局域表面等离子体效应增 强氧化锌基发光二极管的发光强度。

本发明还提供了一种新型的ZnO基发光二极管的制造方法，包括以下步骤：

S1：将AAO薄膜转移到P型硅衬底；

S2：在AAO薄膜上沉积金属层；

S3：移除AAO薄膜，保留金属纳米颗粒；

S4：在金属纳米颗粒上沉积电子阻挡层和ZnO层。

在该制造方法中，作为优选，所述金属纳米颗粒可以为Ag、Au、Al、Cu、 Ni、Ti、Pt中任意一种金属；

作为优选，所述金属层采用水热法、磁控溅射、溶胶-凝胶法和原子层沉积 中任意一种方法制备。

作为优选，所述AAO薄膜的孔直径范围为5～1000nm，间距为10～5000nm；

作为优选，所述金属层、电子阻挡层和ZnO层的厚度范围为1～500nm；

作为优选，所述电子阻挡层和ZnO层采用磁控溅射、电子束蒸发、溶胶-凝 胶法和原子层沉积中任意一种方法制备。

与现有技术相比，本发明具有如下技术效果：