專利名稱：一種ZnO基納米線發(fā)光二極管及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)光二極管及其制備方法，尤其是ZnO基納米線發(fā)光二極管及其制備方法。
背景技術(shù)：
ZnO由于其室溫下3.37eV的帶寬和60meV的激子束縛能，被認(rèn)為是一種理想的短波長發(fā)光器件材料。目前，p-ZnO薄膜的制備取得了重大進(jìn)展，使得實(shí)現(xiàn)ZnO基發(fā)光二極管成為可能。
另一方面，半導(dǎo)體納米線由于其自組裝的生長機(jī)理，單根納米線具有優(yōu)異的結(jié)晶質(zhì)量。更由于量子局域效應(yīng)，納米線具有比體材料更高的激子束縛能和更好的發(fā)光性能。因此以納米線作為發(fā)光二極管的有源層，可以大大提高發(fā)光效率。并且根據(jù)量子尺寸效應(yīng)，通過對納米線尺寸的調(diào)節(jié)，可得不同波段的出射光。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種ZnO基納米線發(fā)光二極管及其制備方法，為發(fā)光二極管增加新品種。
本發(fā)明的ZnO基納米線發(fā)光二極管是以ZnO為基，在襯底的一面自下而上依次沉積有p-ZnO薄膜層，p-Zn1-xMgxO薄膜層、0＜X＜0.5，ZnO納米線陣列層和第二電極，在襯底的另一面沉積有第一電極，其中的ZnO納米線陣列層由垂直于襯底生長且彼此具有間隙的n-ZnO納米線構(gòu)成，在n-ZnO納米線之間的間隙填充有有機(jī)光刻膠。
本發(fā)明中，所說的n-ZnO納米線的直徑為10～200nm，長度為300nm～2μm。通過改變n-ZnO納米線的直徑，可以得到不同波段的出射光，從而制得紫外光、紫光或藍(lán)光等多種發(fā)光器件。
本發(fā)明中，所說的第一電極和第二電極均可以為Ti/Au合金或Ni/Au合金。襯底可以采用硅、氧化鋅或氮化鎵。
ZnO基納米線發(fā)光二極管的制備方法，包括以下步驟1)采用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積法(MOCVD)，以NO氣體作為ZnO的受主N摻雜源，于400～450℃，10Pa壓強(qiáng)，Zn/O流量比為20∶10條件下，在襯底的一面自下而上依次沉積p-ZnO薄膜層、p-Zn1-xMgxO薄膜層、0＜X＜0.5，然后升高溫度至600～700℃，生長壓強(qiáng)調(diào)為50Torr，Zn/O流量比為30∶10～50∶10，以Ga作為施主摻雜源，生長垂直于襯底且彼此具有間隙的n-ZnO納米線，形成ZnO納米線陣列層；2)采用旋轉(zhuǎn)涂敷工藝將有機(jī)光刻膠填充于納米線之間的間隙，并采用氧等離子體刻蝕法刻蝕露出納米線陣列的上表面；3)采用濺射法在納米線陣列上表面沉積第二電極，在襯底的另一面沉積第一電極。
本發(fā)明中，p-ZnO薄膜層及p-Zn1-xMgxO薄膜層的厚度由生長時(shí)間控制。制備過程中，在本發(fā)明給出的600～700℃生長溫度和Zn/O流量比為30∶10～50∶10條件下，使得ZnO沿C軸方向生長加快，形成具有間隙的n-ZnO納米線。納米線的直徑由生長溫度和Zn/O比控制，長度由生長時(shí)間控制；本發(fā)明的有益效果在于1)ZnO基納米線發(fā)光二極管中的p-Zn1-xMgxO作為空穴阻擋層，使得發(fā)光區(qū)域更有效地集中在納米線陣列，納米線作為有源層，發(fā)光效率高；2)ZnO同質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，界面晶格匹配性好，有利于提高器件的性能；3)通過對ZnO納米線直徑的調(diào)節(jié)，可得不同波段的出射光，制得紫外光、紫光或藍(lán)光等多種發(fā)光器件。


圖1是本發(fā)明ZnO基納米線發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
參照圖1，本發(fā)明的ZnO基納米線發(fā)光二極管是以ZnO為基，在襯底1的一面自下而上依次沉積有p-ZnO薄膜層2，p-Zn1-xMgxO薄膜層3、0＜X＜0.5，ZnO納米線陣列層4和第二電極7，在襯底1的另一面沉積有第一電極6，其中的ZnO納米線陣列層由垂直于襯底生長且彼此具有間隙的n-ZnO納米線構(gòu)成，在n-ZnO納米線之間的間隙填充有有機(jī)光刻膠5。
實(shí)施例1采用MOCVD方法，以NO氣體作為ZnO的受主N摻雜源，在硅襯底的一面依次沉積p-ZnO薄膜層(薄膜層厚900nm)和p-Zn0.9Mg0.1O薄膜層(薄膜層厚50nm)。兩層薄膜的生長溫度均為450℃，生長壓強(qiáng)為10pa，Zn/O流量比為20∶10。然后升高溫度至650℃，生長壓強(qiáng)調(diào)為50Torr，Zn/O流量比為30∶10，以Ga作為施主摻雜源，生長垂直于襯底且彼此具有間隙的n-ZnO納米線，形成ZnO納米線陣列層；納米線直徑為20nm，長度為1μm，出射光波長為380nm。生長完畢后采用旋轉(zhuǎn)涂敷工藝將有機(jī)光刻膠填充于納米線之間的間隙，并采用常用的氧等離子體刻蝕法刻蝕露出納米線陣列的上表面?？涛g完畢后采用濺射法在納米線陣列上表面沉積第二電極Ni/Au合金，在硅襯底的另一面沉積第一電極Ni/Au合金，電極厚度均為50nm。最后曝光清洗去除光刻膠。
實(shí)施例2采用MOCVD方法，以NO氣體作為ZnO的受主N摻雜源，在氧化鋅襯底的一面依次沉積p-ZnO薄膜層(薄膜層厚800nm)和p-Zn0.65Mg0.35O薄膜層(薄膜層厚35nm)。兩層薄膜的生長溫度均為400℃，生長壓強(qiáng)為10pa。然后升高溫度至700℃，生長壓強(qiáng)調(diào)為50Torr，Zn/O流量比為50∶10，以Ga作為施主摻雜源，生長垂直于襯底且彼此具有間隙的n-ZnO納米線，形成ZnO納米線陣列層；納米線直徑為10nm，長度為800nm，出射光波長為370nm。生長完畢后采用旋轉(zhuǎn)涂敷工藝將有機(jī)光刻膠填充于納米線之間的間隙，并采用常用的氧等離子體刻蝕法刻蝕露出納米線陣列的上表面?？涛g完畢后采用濺射法在納米線陣列上表面沉積第二電極Ni/Au合金，在氧化鋅襯底的另一面沉積第一電極Ti/Au合金，電極厚度均為50nm。最后曝光清洗去除光刻膠。
權(quán)利要求
1.一種ZnO基納米線發(fā)光二極管，其特征是以ZnO為基，在襯底(1)的一面自下而上依次沉積有p-ZnO薄膜層(2)，p-Zn1-xMgxO薄膜層(3)、0＜X＜0.5，ZnO納米線陣列層(4)和第二電極(7)，在襯底(1)的另一面沉積有第一電極(6)，其中的ZnO納米線陣列層(4)由垂直于襯底生長且彼此具有間隙的n-ZnO納米線構(gòu)成，在n-ZnO納米線之間的間隙填充有有機(jī)光刻膠(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ZnO基納米線發(fā)光二極管，其特征是所說的ZnO納米線的直徑為10～200nm，長度為300nm～2μm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ZnO基納米線發(fā)光二極管，其特征是襯底為硅、氧化鋅或氮化鎵。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ZnO基納米線發(fā)光二極管，其特征是第一電極(6)和第二電極(7)均為Ti/Au合金或Ni/Au合金。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ZnO基納米線發(fā)光二極管，其特征是所述發(fā)光二極管發(fā)射紫外光、紫光或藍(lán)光。
6.權(quán)利要求1所述的ZnO基納米線發(fā)光二極管的制備方法，包括以下步驟1)采用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積法(MOCVD)，以NO氣體作為ZnO的受主N摻雜源，于400～450℃，10Pa壓強(qiáng)，Zn/O流量比為20∶10條件下，在襯底的一面自下而上依次沉積p-ZnO薄膜層、p-Zn1-xMgxO薄膜層、0＜X＜0.5，然后升高溫度至600～700℃，生長壓強(qiáng)調(diào)為50Torr，Zn/O流量比為30∶10～50∶10，以Ga作為施主摻雜源，生長垂直于襯底且彼此具有間隙的n-ZnO納米線，形成ZnO納米線陣列層；2)采用旋轉(zhuǎn)涂敷工藝將有機(jī)光刻膠填充于納米線之間的間隙，并采用氧等離子體刻蝕法刻蝕露出納米線陣列的上表面；3)采用濺射法在納米線陣列上表面沉積第二電極，在襯底的另一面沉積第一電極。
全文摘要
本發(fā)明涉及ZnO基納米線發(fā)光二極管及其制備方法。ZnO基納米線發(fā)光二極管是以ZnO為基，在襯底的一面自下而上依次沉積p－ZnO薄膜層，p－ Zn
文檔編號(hào)H01S5/30GK1949554SQ20061015447
公開日2007年4月18日 申請日期2006年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月2日
發(fā)明者葉志鎮(zhèn), 曾昱嘉 申請人:浙江大學(xué)