專利名稱：一種垂直結(jié)構(gòu)ZnO基多量子阱發(fā)光二極管及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種ZnO基發(fā)光二極管器件，特別涉及使用垂直結(jié)構(gòu)和加入多 量子阱層作為有源層以提高器件的發(fā)光效率。
背景技術(shù)：
ZnO是一種直接寬帶隙半導(dǎo)體材料，室溫禁帶寬度為3. 37eV。 ZnO的激子束 縛能高達(dá)60meV，是GaN的(25meV)的兩倍，也高于室溫?zé)崮?26meV)，能夠 實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的室溫激子復(fù)合，降低受激輻射的閾值，在高效率大功率白光照明LED 領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。同時(shí)，ZnO還具有熱穩(wěn)定性好、外延生長(zhǎng)溫度低、同質(zhì) 外延襯底可得、抗輻射能力強(qiáng)、來(lái)源豐富、成本低廉、無(wú)毒無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，符 合國(guó)家節(jié)能環(huán)保的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，是綠色環(huán)保的短波長(zhǎng)發(fā)光材料。
國(guó)際上還沒(méi)有關(guān)于垂直結(jié)構(gòu)ZnO基多量子阱LED器件及其制備方法的報(bào)道。 現(xiàn)有工藝方法是采用同側(cè)電極，電流注入效率低；晶體質(zhì)量差，影響了量子阱 的效率；p型層空穴載流子濃度低，從而限制了ZnO基光電器件走向?qū)嵱没?br>
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種高效的垂直結(jié)構(gòu)ZnO基多量子阱發(fā) 光二極管及其制備方法。
本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案是該垂直結(jié)構(gòu)ZnO基多量子阱 發(fā)光二極管主要包括ZnO單晶襯底，在所述ZnO單晶襯底的一面上自下而上依 次沉積有n型ZnO過(guò)渡層、n型Zn卜JgxO層、Zni-yMgyO/ZnO多量子阱層、p型ZrvzMgz0 層、p型ZnO層和正電極，所述ZnO單晶襯底的另一面上沉積有負(fù)電極，其中x 值為0〈x〈0.4， y值為0〈y〈0.4， z值為0〈z<0. 4。
進(jìn)一步地，本發(fā)明所述ZnO單晶襯底為低阻的n型ZnO (0001)單晶襯底。 進(jìn)一步地，本發(fā)明所述n型ZnO過(guò)渡層為本征的ZnO薄膜。 進(jìn)一步地，本發(fā)明所述Zni-yMgy0/Zn0多量子阱層為由1 20個(gè)周期的Zn0 薄膜和Zn卜yMgy0薄膜交替形成的結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步地，本發(fā)明所述Zrv,MgyO/ZnO多量子阱層中的勢(shì)壘層為Zni-yMgy0薄 膜，所述Zm-yMgy0薄膜的厚度為5 10nm;所述Zni-yMgy0/Zn0多量子阱層中的勢(shì) 阱層為ZnO薄膜，所述Zn0薄膜的厚度為1 6nra。
進(jìn)一步地，本發(fā)明所述p型Zn卜JgXi層為摻有Na的Zm-ifeO薄膜，所述p 型Zn0層為摻有Na的Zn0薄膜，所述p型Zn,-zMgz0層和p型ZnO層中Na的摩 爾百分含量相同且均為0. 1 3%。
進(jìn)一步地，本發(fā)明所述負(fù)電極為T(mén)i/Au電極，所述正電極為Ni/Au電極；
本發(fā)明垂直結(jié)構(gòu)Zn0基多量子阱發(fā)光二極管的制備方法主要包括以下步驟-
1) 稱量純ZnO粉末，將純ZnO粉末球磨壓制成型，然后在1000 130(TC溫 度下燒結(jié)得到純的Zn0陶瓷靶；
稱量純Zn0、 Mg0粉末，將純Zn0、 Mg0粉末球磨混合均勻、壓制成型，然 后在1000 130(TC溫度下燒結(jié)得到Zm-Jgx0陶瓷靶，其中x值為0<x<0. 4;
稱量純Zn0、 Mg0粉末，將純Zn0、 Mg0粉末球磨混合均勻、壓制成型，然 后在1000 130(TC溫度下燒結(jié)得到ZrVyMgy0陶瓷靶，其中y值為0<y<0. 4;
稱量純Zn0、 Mg0、 Na2C03粉末，將Zn0、 Mg0、 Na2C03粉末球磨混合均勻、壓 制成型，然后在1000 1300。C溫度下燒結(jié)得到摻有Na的ZrvJgz0陶瓷靶，其中 z值為0〈z〈0.4， Na的摩爾百分含量為O. 1 3%;
稱量純Zn0、 Na2C03粉末，將Zn0、化20)3粉末球磨混合均勻、壓制成型，然 后在1000 130(TC溫度下燒結(jié)得到摻有Na的ZnO陶瓷靶，其中Na的摩爾百分 含量為0. 1 3。/o;
2) 將燒結(jié)得到的純ZnO陶瓷靶、Zn卜JgxO靶、Zrv,MgyO耙、摻有Na的Zn卜ifeO 陶瓷耙、摻有Na的ZnO陶瓷靶和n-ZnO單晶襯底放入脈沖激光沉積系統(tǒng)的生長(zhǎng) 室中，生長(zhǎng)室真空度抽至10,a以下，襯底加熱升溫到350 70(TC，生長(zhǎng)室通 入02氣體，控制壓強(qiáng)為0. 1 50Pa，激光能量為200 350mJ，頻率3 馳;依 次轉(zhuǎn)換使用的所述靶材，生長(zhǎng)時(shí)所用的靶材與襯底之間的距離保持在4 6cm， 使在n型ZnO單晶襯底的一面上依次沉積n型ZnO過(guò)渡層、n型Zni-xMgx0層、 Zn卜yMgyO/ZnO多量子阱層、摻有Na的p型Zn卜JgzO層和摻有Na的p型ZnO層， 得到垂直結(jié)構(gòu)ZnO基多量子阱發(fā)光二極管的原型器件；
3) 將步驟2)得到的原型器件放入磁控濺射裝置的生長(zhǎng)室中，在p型ZnO 薄膜的表面沉積正電極，在n型ZnO單晶襯底的另一面上沉積負(fù)電極。
進(jìn)一步地，在本發(fā)明垂直結(jié)構(gòu)Zn0基多量子阱發(fā)光二極管的制備方法中，所述n型Zn0單晶襯底為n型Zn0 (0001)單晶襯底。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是-
(1) 如今報(bào)道的ZnO基LED使用的大多是絕緣襯底，必須采用水平結(jié)構(gòu)， 不僅制備工藝復(fù)雜，而且大大降低了電流的注入效率，限制了大功率ZnO基LED 的發(fā)展。而本發(fā)明垂直結(jié)構(gòu)ZnO基多量子阱發(fā)光二極管使用n型ZnO (0001)單 晶襯底和背電極，電流注入效率大大提高，可制備大功率LED器件；
(2) 本發(fā)明垂直結(jié)構(gòu)ZnO基多量子阱發(fā)光二極管使用本征Zn0過(guò)渡層，可 以提高所制備的量子阱的晶體質(zhì)量；
(3) 本發(fā)明垂直結(jié)構(gòu)Zn0基多量子阱發(fā)光二極管的p型Zn卜zMgz0層可選用 Mg和Na兩種元素共摻雜，Mg的摻入使導(dǎo)帶底抬高，這意味著本征施主缺陷的 能級(jí)變深，有利于提高受主的摻雜效率，實(shí)現(xiàn)ZnO材料的p型電導(dǎo)轉(zhuǎn)變，由于p 型Zni-zMgz0層的加入也提高了 p型ZnO層性能的穩(wěn)定性，p型ZrvzMgz0層和p型 ZnO層的空穴濃度可高達(dá)5.0X1016cm—3 1.0X1018cm—3，高的空穴載流子濃度也 是室溫發(fā)光很強(qiáng)的重要原因。
圖1是本發(fā)明垂直結(jié)構(gòu)ZnO基多量子阱發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1:
按以下步驟制備本發(fā)明垂直結(jié)構(gòu)ZnO基多量子阱發(fā)光二極管，具體如下
1)燒結(jié)陶瓷靶
制備純ZnO陶瓷耙稱量純ZnO粉末32克，將純ZnO粉末球磨壓制成型， 然后在1000 130(TC溫度下燒結(jié)得到純的ZnO陶瓷靶；
制備Zn。,9MguO陶瓷靶稱量純ZnO粉末36.62克、MgO粉末2.015克，將 純ZnO、 MgO粉末球磨混合均勻、壓制成型，然后在1000 130(TC溫度下燒結(jié)得
到ZnagMguO陶瓷革巴；
制備Zn。,85Mgu50陶瓷靶稱量純ZnO粉末34.586克、MgO粉末3.023克， 將純ZnO、 MgO粉末球磨混合均勻、壓制成型，然后在1000 130(TC溫度下燒結(jié) 得Zn。.ite)」50陶瓷耙；制備慘有Na的Zn。.85Mg。.150陶瓷靶稱量純ZnO粉末38. 047克、MgO粉末 3.325克，Na2C03粉末0. 146克，將ZnO、 MgO、船20)3粉末球磨混合均勻、壓制 成型，然后在1000 1300。C溫度下燒結(jié)得到摻有Na的Zn。.85MgQ. 150陶瓷靶，Na 的摩爾百分含量為0. 5°/0;
制備摻有Na的ZnO陶瓷靶稱量純ZnO粉末38克、*20)3粉末0. 125克， 將ZnO、 Na2C03粉末球磨混合均勻、壓制成型，然后在1000 1300。C溫度下燒結(jié) 得到摻有Na的ZnO陶瓷靶，其中Na的摩爾百分含量為0. 5%;
2) 沉積薄膜將步驟1)燒結(jié)得到的純ZnO陶瓷靶、ZnuMguO陶瓷靶、 Zno.85MgQ.150陶瓷耙、摻有Na的Zn。.85Mg。. 150陶瓷靶、摻有Na的ZnO陶瓷靶和n-ZnO
(0001)單晶襯底放入脈沖激光沉積系統(tǒng)的生長(zhǎng)室中，生長(zhǎng)室真空度抽至l(TPa 以下，襯底加熱升溫到350 700°C，生長(zhǎng)室通入02氣體，控制壓強(qiáng)為0. 1 50Pa， 激光能量為200 350mJ，頻率3 10Hz。依次轉(zhuǎn)換使用的所述靶材，生長(zhǎng)時(shí)所 用的靶材與襯底之間的距離保持在4 6cm，在n型ZnO單晶襯底的一面上自下 而上依次使用ZnO陶瓷靶沉積n型ZnO緩沖層；使用Zri。.9MguO陶瓷靶沉積n型 Zr^MguO層；交替使用Zn。.85Mg。.150陶瓷靶和ZnO陶瓷靶生長(zhǎng)2個(gè)周期的 Zn。.85Mg。.I50/ZnO多量子阱，其中，ZnQ.85MgQ.150薄膜的厚度為5nm， ZnO薄膜的厚 度為lnm;使用摻有Na的Zn。.85MgQ. 150陶瓷靶沉積p型ZnQ.85Mg。. 150層；使用摻有 Na的ZnO陶瓷耙沉積p型ZnO層，得到垂直結(jié)構(gòu)ZnO基多量子阱發(fā)光二極管的 原型器件；需要說(shuō)明的是， 一層ZnO薄膜和一層Zna85Mg。^0薄膜結(jié)合構(gòu)成l個(gè) 周期的ZnQ.85Mg。.150/ZnO多量子阱層；按一層ZnO薄膜、 一層ZnQ.85Mg。.150、 一層 ZnO薄膜、 一層Zn。.85MgQ.150薄膜依次交替結(jié)合則構(gòu)成2個(gè)周期的Zn。.85Mg。.150/ZnO 多量子阱層。
3) 沉積電極將步驟2)得到的原型器件放入磁控濺射裝置的生長(zhǎng)室中， 在頂層P型ZnO薄膜表面沉積Ni/Au正電極，在n型ZnO單晶襯底的另一面上 沉積A1/Au負(fù)電極。
將制得的垂直結(jié)構(gòu)ZnO基多量子阱LED器件在室溫條件下通入直流電，電 壓從OV逐漸升高，當(dāng)升至3V，注入電流為100mA時(shí)，可觀察到明顯的電致發(fā)光 現(xiàn)象；x射線衍射主峰(002)峰的半高寬僅為0.026度，具有好的晶體質(zhì)量；p 型層空穴濃度高達(dá)1. 2X 1016cnT3。本發(fā)明垂直結(jié)構(gòu)ZnO基多量子阱LED器件由于 具有較大的注入電流、較好的晶體質(zhì)量和較高的空穴濃度，在室溫的條件下可 觀察到高效的電致發(fā)光。實(shí)施例2:
1) 燒結(jié)陶瓷靶
制備純ZnO陶瓷耙稱量純ZnO粉末32克，將純ZnO粉末球磨壓制成型， 然后在1000 130(TC溫度下燒結(jié)得到純的ZnO陶瓷靶；
制備ZnQ.8MgQ.20陶瓷靶稱量純ZnO粉末32. 55克、MgO粉末4. 03克，將純 ZnO、 MgO粉末球磨混合均勻、壓制成型，然后在1000 130(TC溫度下燒結(jié)得到 Zn0.8MgQ.20陶瓷靶；
制備Zn。.9Mg。.,0陶瓷革巴:稱量純ZnO粉末36.62克、Mg0粉末2.015克，將 純ZnO、 MgO粉末球磨混合均勻、壓制成型，然后在1000 130(TC溫度下燒結(jié)得 到Zn。.9Mg。.tO陶瓷耙；
制備摻有Na的Zn。.8MgQ.20陶瓷靶稱量純ZnO粉末32, 55克、MgO粉末4. 03 克，Na2C03粉末0.292克，將ZnO、 MgO、 *20)3粉末球磨混合均勻、壓制成型， 然后在1000 130(TC溫度下燒結(jié)得到摻有Na的Zn。.8Mg。.20陶瓷靶，Na的摩爾百 分含量為1%;
制備摻有Na的ZnO陶瓷靶稱量純ZnO粉末38克、船20)3粉末0. 25克， 將ZnO、 Na2C03粉末球磨混合均勻、壓制成型，然后在1000 130(TC溫度下燒結(jié) 得到摻有Na的ZnO陶瓷靶，其中Na的摩爾百分含量為1%;
2) 沉積薄膜將燒結(jié)得到的純ZnO陶瓷靶、Zn。.8Mgo.20陶瓷靶、Zn。.9Mg(uO 陶瓷靶、摻有Na的Zn。.8Mg。.20陶瓷靶、Na的ZnO陶瓷靶和n-ZnO (0001)單晶 襯底放入脈沖激光沉積系統(tǒng)的生長(zhǎng)室中，生長(zhǎng)室真空度抽至l(T3Pa以下，襯底 加熱升溫到350 700°C，生長(zhǎng)室通入02氣體，控制壓強(qiáng)為0. 1 50Pa，激光能 量為200 350mJ，頻率3 10Hz。依次轉(zhuǎn)換使用的所述靶材，生長(zhǎng)時(shí)所用的靶 材與襯底之間的距離保持在4 6cm，在n型ZnO單晶襯底的一面上自下而上依 次使用ZnO陶瓷靶沉積n型ZnO緩沖層；使用Zn。.8MgQ.20陶瓷靶沉積n型Zn。.8Mg。.20 層；交替使用Zn。,9Mg(uO陶瓷靶和ZnO陶瓷靶生長(zhǎng)8個(gè)周期的Zn。.9MguO/ZnO多 量子阱，其中，Zn。,9MgcuO薄膜的厚度為7nm， ZnO薄膜的厚度為3nm;使用摻有 Na的Zn。.8MgQ.20陶瓷靶沉積p型ZnQ.8MgQ.20層；使用摻有Na的ZnO陶瓷靶沉積p 型ZnO層，得到垂直結(jié)構(gòu)ZnO基多量子阱發(fā)光二極管的原型器件；
3) 沉積電極將步驟2)得到的原型器件放入磁控濺射裝置的生長(zhǎng)室中， 在頂層P型ZnO薄膜表面沉積Ni/Au正電極，在n型ZnO單晶襯底的另一面上 沉積Ti/Au負(fù)電極。將制得的垂直結(jié)構(gòu)Zn0基多量子阱LED器件在室溫條件下通入直流電，電 壓從0V逐漸升高，當(dāng)升至5V，注入電流為300mA時(shí)，可觀察到明顯的電致發(fā)光 現(xiàn)象；x射線衍射主峰的半高寬僅為0.010度，具有好的晶體質(zhì)量，p型層空穴 濃度高達(dá)2. 3X1018cnf3。 實(shí)施例3:
1) 燒結(jié)陶瓷靶
制備純ZnO陶瓷靶稱量純ZnO粉末32克，將純ZnO粉末球磨壓制成型， 然后在1000 130(TC溫度下燒結(jié)得到純的ZnO陶瓷靶；
制備ZnQ.7Mg。.30陶瓷靶稱量純ZnO粉末28. 48克、MgO粉末6. 05克，將純 ZnO、 MgO粉末球磨混合均勻、壓制成型，然后在1000 1300。C溫度下燒結(jié)得到 Zno,7Mg。.30陶瓷革巴；
制備ZnQ.65Mg。.350陶瓷靶稱量純ZnO粉末26.448克、MgO粉末7.053克， 將純ZnO、 MgO粉末球磨混合均勻、壓制成型，然后在1000 130(TC溫度下燒結(jié) 得到Zn^Mg。.350陶瓷耙；
制備摻有Na的Zn。.7Mg。.30陶瓷靶稱量純ZnO粉末28. 48克、MgO粉末6. 05 克，Na2C03粉末0.584克，將ZnO、 MgO、 ^2<:03粉末球磨混合均勻、壓制成型， 然后在1000 130(TC溫度下燒結(jié)得到摻有Na的Zn。.7Mg。.30陶瓷靶，Na的摩爾百 分含量為2%;
制備摻有Na的ZnO陶瓷靶稱量純ZnO粉末38克、％20)3粉末0. 5克，將 ZnO、 Na2C03粉末球磨混合均勻、壓制成型，然后在1000 130(TC溫度下燒結(jié)得 到摻有Na的ZnO陶瓷靶，其中Na的摩爾百分含量為2%;
2) 沉積薄膜將燒結(jié)得到的純ZnO陶瓷靶、Zn。.7Mg。.30陶瓷靶、Zn。.65Mg。.350 陶瓷靶、摻有Na的Zn。.7Mg。.30陶瓷靶、Na的ZnO陶瓷靶和n-ZnO (0001)單晶 襯底放入脈沖激光沉積系統(tǒng)的生長(zhǎng)室中，生長(zhǎng)室真空度抽至10—3Pa以下，襯底 加熱升溫到350 7(XTC，生長(zhǎng)室通入02氣體，控制壓強(qiáng)為0. 1 50Pa,激光能 量為200 350mJ，頻率3 10Hz。依次轉(zhuǎn)換使用的所述靶材，生長(zhǎng)時(shí)所用的靶 材與襯底之間的距離保持在4 6cm，在n型ZnO單晶襯底的一面上自下而上依 次使用ZnO陶瓷靶沉積n型ZnO緩沖層；使用Zn。.7Mg。.30陶瓷靶沉積n型Zn。.7Mg。.30 層；交替使用Zn。.65Mg。.350陶瓷靶和ZnO陶瓷靶生長(zhǎng)18個(gè)周期的Zn。.65Mg。.350 /ZnO 多量子阱，其中，ZnQ.s5MgQ.350薄膜的厚度為9nm， ZnO薄膜的厚度為5nm;使用 摻有Na的Zn。.7Mg。.30陶瓷靶沉積p型Zn0.7Mg0.30層；使用摻有Na的ZnO陶瓷耙沉積p型Zn0層，得到垂直結(jié)構(gòu)ZriO基多量子阱發(fā)光二極管的原型器件；
3)沉積電極將步驟2)得到的原型器件放入磁控濺射裝置的生長(zhǎng)室中，
在頂層p型Zn0薄膜表面沉積Ni/Au正電極，在n型Zn0單晶襯底的另一面上
沉積Ti/Au負(fù)電極。
將制得的垂直結(jié)構(gòu)Zn0基多量子阱LED器件在室溫條件下通入直流電，電
壓從0V逐漸升高，當(dāng)升至7V，注入電流為200mA時(shí)，可觀察到明顯的電致發(fā)光
現(xiàn)象；x射線衍射主峰的半高寬僅為0.018度，具有很好的晶體質(zhì)量，p型層空
穴濃度高達(dá)1.3X10"cm—3。
需要說(shuō)明的是，除了如上述實(shí)施例1至3所述，本發(fā)明的垂直結(jié)構(gòu)ZnO基
多量子阱發(fā)光二極管的P型Zn卜zMgzO層、p型ZnO層可摻雜Na元素外，也可選
用第一主族IA族的其他元素，如鉀、鋰等。
權(quán)利要求
1.一種垂直結(jié)構(gòu)ZnO基多量子阱發(fā)光二極管，其特征是它包括ZnO單晶襯底，在所述ZnO單晶襯底的一面上自下而上依次沉積有n型ZnO過(guò)渡層、n型Zn1-xMgxO層、Zn1-yMgyO/ZnO多量子阱層、p型Zn1-zMgzO層、p型ZnO層和正電極，所述ZnO單晶襯底的另一面上沉積有負(fù)電極，其中x值為0＜x＜0.4，y值為0＜y＜0.4，z值為0＜z＜0.4。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種垂直結(jié)構(gòu)ZnO基多量子阱發(fā)光二極管，其特 征是所述ZnO單晶襯底為低阻的n型ZnO (0001)單晶襯底。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種垂直結(jié)構(gòu)ZnO基多量子阱發(fā)光二極管，其特 征是.*所述n型ZnO過(guò)渡層為本征的ZnO薄膜。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種垂直結(jié)構(gòu)ZnO基多量子阱發(fā)光二極管，其特 征是所述ZnwMgyO/ZnO多量子阱層為由1 20個(gè)周期的ZnO薄膜和Zn卜yMgy0 薄膜交替形成的結(jié)構(gòu)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種垂直結(jié)構(gòu)ZnO基多量子阱發(fā)光二極管，其特 征是所述Zn卜yMgyO/ZnO多量子阱層中的勢(shì)壘層為Zn卜yMgyO薄膜，所述Zni—yMgy0 薄膜的厚度為5 10nm;所述ZnnMgyO/ZnO多量子阱層中的勢(shì)阱層為ZnO薄膜， 所述ZnO薄膜的厚度為1 6nm。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種垂直結(jié)構(gòu)ZnO基多量子阱發(fā)光二極管，其特 征是所述p型ZnhMg》層為摻有Na的ZnhMg》薄膜，所述p型ZnO層為摻有 Na的ZnO薄膜，所述p型Zn』g,0層和p型ZnO層中Na的摩爾百分含量相同且 均為0. 1 3%。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種垂直結(jié)構(gòu)ZnO基多量子阱發(fā)光二極管，其特 征是所述負(fù)電極為T(mén)i/Au電極，所述正電極為Ni/Au電極；
8. —種權(quán)利要求6的垂直結(jié)構(gòu)ZnO基多量子阱發(fā)光二極管的制備方法，其 特征是包括以下步驟l)稱量純ZnO粉末，將純ZnO粉末球磨壓制成型，然后在1000 130(TC溫 度下燒結(jié)得到純的ZnO陶瓷靶；稱量純ZnO、 MgO粉末，將純ZnO、 MgO粉末球磨混合均勻、壓制成型，然 后在1000 130(TC溫度下燒結(jié)得到Zni-xMgxO陶瓷靶，其中x值為0〈x<0. 4;稱量純ZnO、 MgO粉末，將純ZnO、 MgO粉末球磨混合均勻、壓制成型，然后在1000 1300。C溫度下燒結(jié)得到Zn卜yMgyO陶瓷靶，其中y值為0〈y〈0. 4;稱量純ZnO、 MgO、 Na2C03粉末，將ZnO、 MgO、版20)3粉末球磨混合均勻、壓 制成型，然后在1000 130(TC溫度下燒結(jié)得到摻有Na的ZrvzMgzO陶瓷耙，其中 z值為0〈z〈0. 4， Na的摩爾百分含量為O. 1 3%;稱量純ZnO、 Na2C03粉末，將ZnO、 Na2C03粉末球磨混合均勻、壓制成型，然 后在1000 1300"C溫度下燒結(jié)得到摻有Na的ZnO陶瓷靶，其中Na的摩爾百分 含量為0. 1 3%;2) 將燒結(jié)得到的純ZnO陶瓷靶、Zn卜JgxO靶、Zn卜yMgyO靶、摻有Na的Zr^zMgzO 陶瓷靶、摻有Na的ZnO陶瓷靶和n-ZnO單晶襯底放入脈沖激光沉積系統(tǒng)的生長(zhǎng) 室中，生長(zhǎng)室真空度抽至10—3Pa以下，襯底加熱升溫到350 70(TC，生長(zhǎng)室通 入02氣體，控制壓強(qiáng)為0. 1 50Pa，激光能量為200 350mJ，頻率3 10Hz;依 次轉(zhuǎn)換使用的所述靶材，生長(zhǎng)時(shí)所用的靶材與襯底之間的距離保持在4 6cm， 使在n型ZnO單晶襯底的一面上依次沉積n型ZnO過(guò)渡層、n型Zm-Jg,O層、 Zn卜yMgyO/ZnO多量子阱層、摻有Na的p型Zn』gzO層和摻有Na的p型ZnO層， 得到垂直結(jié)構(gòu)ZnO基多量子阱發(fā)光二極管的原型器件；3) 將步驟2)得到的原型器件放入磁控濺射裝置的生長(zhǎng)室中，在p型ZnO 薄膜的表面沉積正電極，在n型ZnO單晶襯底的另一面上沉積負(fù)電極。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的垂直結(jié)構(gòu)ZnO基多量子阱發(fā)光二極管的制備方 法，其特征是所述n型ZnO單晶襯底為n型ZnO (0001)單晶襯底。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種垂直結(jié)構(gòu)ZnO基多量子阱發(fā)光二極管及其制備方法。該垂直結(jié)構(gòu)ZnO基多量子阱發(fā)光二極管包括ZnO單晶襯底，在所述ZnO單晶襯底的一面上自下而上依次沉積有n型ZnO過(guò)渡層、n型Zn<sub>1-x</sub>Mg<sub>x</sub>O層、Zn<sub>1-y</sub>Mg<sub>y</sub>O/ZnO多量子阱層、p型Zn<sub>1-z</sub>Mg<sub>z</sub>O層、p型ZnO層和正電極，所述ZnO單晶襯底的另一面上沉積有負(fù)電極，其中x值為0＜x＜0.4，y值為0＜y＜0.4，z值為0＜z＜0.4。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是通過(guò)采用垂直結(jié)構(gòu)，引入了過(guò)渡層和多量子阱結(jié)構(gòu)，改善了晶體質(zhì)量，增加欲躍遷的電子密度，進(jìn)而提高器件的發(fā)光效率，在室溫條件就可觀察到明顯的電致發(fā)光現(xiàn)象。
文檔編號(hào)H01L33/00GK101621104SQ20091010098
公開(kāi)日2010年1月6日 申請(qǐng)日期2009年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月6日
發(fā)明者葉志鎮(zhèn), 張利強(qiáng), 張銀珠, 黃靖云 申請(qǐng)人:杭州蘭源光電材料有限公司