專利名稱：ZnO基發(fā)光二極管及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導體材料、發(fā)光材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及ZnO基發(fā)光二極管及其制 備方法。
背景技術(shù)：
ZnO是第三代半導體的核心基礎(chǔ)材料，它具有低介電常數(shù)，高化學穩(wěn)定性以及優(yōu)異 的光電特性，是一種多功能材料，在發(fā)光器件、非線性光學器件等領(lǐng)域有非常重要的應用， 受到了越來越多的關(guān)注。但是本征的ZnO呈n型導電特性，難于實現(xiàn)p型摻雜，雖然諸多國 內(nèi)外報道取得了突破性成果，但當前P型摻雜對于ZnO基發(fā)光二極管及的制備仍然是重點 和難點。利用有效地方法生長P型薄膜，改善P型薄膜光電特性，將促進ZnO發(fā)光器件的發(fā) 展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種具有Al和N共摻雜P 型層的ZnO基發(fā)光二極管及其制備方法。 本發(fā)明采用的技術(shù)方案是ZnO基發(fā)光二極管的制備方法，包括
本發(fā)明的ZnO基發(fā)光二極管，在襯底上自上而下依次沉積ZnO同質(zhì)緩沖層、 n型ZnO接觸層，n型ZrvxCdx0層，由ZrvxCdxO(0《x《0. 5)和ZnO交替形成多層 ZrvyCdyO(0《y《0. 5)/ZnO多量子阱結(jié)構(gòu)層，在有源區(qū)上生長Al和N共摻雜的P型 ZrvzCdzO(0《z《0. 5)層，Al和N共摻雜的P型ZnO層，ZnO電流擴展層。
采用化學汽相淀積方法制ZnO基發(fā)光二極管，選用ZnO或Si或GaAs或藍寶石材 料襯底，將其表面清洗后，放入金屬有機物化學氣相沉積系統(tǒng)的反應室中，生長室抽真空到 10—4pa，襯底溫度生到400°C ，加熱反應室使其溫度為400 IOO(TC ，生長壓強為40_60Torr。 在襯底1自上而下依次沉積lOOnm厚的ZnO同質(zhì)緩沖層2、n型ZnO接觸層3，n型Zn卜xCdxO 層4，由ZrvxCdxO和ZnO交替形成多層Zn卜yCdyO/ZnO多量子阱結(jié)構(gòu)層5 (循環(huán)3_20個周期， 形成有源區(qū)，即電子和空穴結(jié)合區(qū)-LED發(fā)光區(qū))，在有源區(qū)上生長Al和N共摻雜的P型 ZrvzCdzO層6， Al和N共摻雜的P型ZnO 7， ZnO電流擴展層8，負電極9并列于n型Zn卜xCdxO 層4沉積在n型ZnO接觸層3，正電極并列于ZnO電流擴展層8沉積在P型ZnO接觸層7 上。 本發(fā)明的ZnO基發(fā)光二極管，在襯底上自上而下依次沉積ZnO同質(zhì)緩沖層、n型 ZnO接觸層，n型Zn卜xCdxO層，由Zn卜xCdxO和ZnO交替形成多層ZrvyCdyO/ZnO多量子阱結(jié)構(gòu) 層，在有源區(qū)上生長Al和N共摻雜的P型Zn卜zCdzO層，Al和N共摻雜的P型ZnO層，ZnO電 流擴展層。負電極并列于n型Zn卜xCdxO層沉積在n型ZnO接觸層上，正電極并列于ZnO電 流擴展層沉積在P型ZnO層上。 所述的本發(fā)明的P型ZnO層，Al和N共摻雜的P型ZnO層，基于密度泛函理論進 行ZnO中摻雜Al和N元素的實驗模擬，以及實驗分析，得到的比較好的結(jié)果如圖2，共摻雜Al和N的ZnO薄膜，Al的引入可以提高N在ZnO中的摻雜量，導致在2. 5eV附近出現(xiàn)的新 吸收峰，因此共摻雜Al和N的ZnO薄膜表現(xiàn)出更好的p型特性。 本發(fā)明的有益效果在于通過在ZnO材料中共摻雜Al和N元素，可以有效改善ZnO 薄膜的P型特性，制備發(fā)光效率高的ZnO發(fā)光二極管。


圖l是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)圖。 圖2是ZnO共摻雜Al和N材料光吸收系數(shù)圖。 在圖1中，l是襯底，2是ZnO緩沖層，3是n型ZnO接觸層，4是n型Zn卜,C40層， 5是量子阱有源區(qū)，6是P型Zn卜xCdxO層，7是Al和N共摻雜的P型ZnO層，8是ZnO電流擴 展層，9是負電極，10是正電極。
具體實施例方式
根據(jù)圖l，采用化學汽相淀積方法制ZnO基發(fā)光二極管，選用ZnO或Si或GaAs或 藍寶石材料襯底，將其表面清洗后，放入金屬有機物化學氣相沉積系統(tǒng)的反應室中，生長室 抽真空到10—Vi，襯底溫度生到400。C，加熱反應室400 IOO(TC，生長壓強為40_60Torr。 在襯底1自上而下依次沉積lOOnm厚的ZnO同質(zhì)緩沖層2、n型ZnO接觸層3，n型Zn卜xCdxO 層4，由ZrvxCdxO和ZnO交替形成多層Zn卜xCdxO/ZnO多量子阱結(jié)構(gòu)層5 (循環(huán)3_20個周期， 形成有源區(qū)，即電子和空穴結(jié)合區(qū)-LED發(fā)光區(qū))，在有源區(qū)上生長Al和N共摻雜的P型 ZrvxCdxO層6， Al和N共摻雜的P型ZnO 7， ZnO電流擴展層8，負電極9并列于n型Zn卜xCdxO 層4沉積在n型ZnO接觸層3，正電 10并列于ZnO電流擴展層8沉積在P型ZnO接觸層 7上。
權(quán)利要求
ZnO基發(fā)光二極管，其特征在于包括在襯底(1)上依次沉積的ZnO同質(zhì)緩沖層(2)、n型ZnO接觸層(3)、n型Zn1-xCdxO層(4)、由Zn1-yCdyO層和ZnO層交替形成的多層Zn1-yCdyO/ZnO多量子阱結(jié)構(gòu)層、Al和N共摻雜的P型Zn1-zCdzO層(6)、Al和N共摻雜的P型ZnO層(7)、ZnO電流擴展層(8)；負電極(9)置于n型Zn1-xCdxO層上，正電極(10)置于ZnO電流擴展層(8)上；其中，0＜x≤0.5，0＜y≤0.5，0＜z≤0.5。
2. ZnO基發(fā)光二極管的制備方法，其特征在于包括以下步驟(1) 選用ZnO、Si、GaAs或藍寶石材料襯底，將其表面清洗后，放入金屬有機物化學氣相 沉積系統(tǒng)的反應室中，生長室抽真空到10—乍a，襯底溫度升到40(TC ;(2) 加熱反應室使其溫度為400 IOO(TC，生長壓強為40-60Torr ;在襯底(1)上依次 沉積ZnO同質(zhì)緩沖層(2) 、 n型ZnO接觸層(3) 、 n型Zn卜xCdxO層(4)、由Zn卜yCdyO和ZnO交 替形成多層Zn卜yCdyO/ZnO多量子阱結(jié)構(gòu)層(5) 、 Al和N共摻雜的P型Zn卜zCdzO層(6) 、 Al 和N共摻雜的P型ZnO層(7) 、 ZnO電流擴展層(8);(3) 將負電極(9)置于n型Zn卜xC40層(4)上，將正電極(10)置于ZnO電流擴展層(8)上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于步驟(2)中，多層ZrvyCdyO/ZnO多量 子阱結(jié)構(gòu)層(5)由Zn卜yCdyO和ZnO交替循環(huán)3 20個周期，形成有源區(qū)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種ZnO基發(fā)光二極管及其制備方法。一種ZnO基發(fā)光二極管，包括在襯底(1)上依次沉積的ZnO同質(zhì)緩沖層(2)、n型ZnO接觸層(3)、n型Zn1-xCdxO層(4)、由Zn1-yCdyO層和ZnO層交替形成的多層Zn1-yCdyO/ZnO多量子阱結(jié)構(gòu)層、Al和N共摻雜的P型Zn1-zCdzO層(6)、Al和N共摻雜的P型ZnO層(7)、ZnO電流擴展層(8)；負電極(9)置于n型Zn1-xCdxO層上，正電極(10)置于ZnO電流擴展層(8)上。本發(fā)明通過在ZnO材料中共摻雜Al和N元素，可以有效改善ZnO薄膜的p型特性，制備發(fā)光效率高的ZnO發(fā)光二極管。
文檔編號H01L33/06GK101777612SQ20091021454
公開日2010年7月14日 申請日期2009年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月31日
發(fā)明者孔利平, 孫慧卿, 王雨田, 鄧貝, 郭志友, 陳鵬 申請人:華南師范大學