一种非极性ZnO基发光器件及其制备方法

文档序号:6999440阅读:194来源:国知局
专利名称:一种非极性ZnO基发光器件及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种非极性ZnO基发光器件及其制备方法,属于半导体发光器件技术领域。
背景技术
ZnO是一种继GaN之后的新型宽禁带半导体材料,具有直接宽禁带(3. 37 eV)和高激子束缚能(60 meV)等优点,在短波长发光器件中极具应用潜力,有望成为下一代节能环保与廉价的光电材料。通常,ZnO材料沿着其极性轴c轴方向生长,由于自发极化和压电效应,在量子阱中会产生强大的内建电场,该内建电场将引起电子和空穴波函数在空间上分离,减少电子-空穴的复合几率,大大降低SiO基发光器件的发光效率;此外,还会引发量子约束Mark效应,导致器件发光波长发生红移。为了解决上述问题,迫切需要开展垂直于c 轴方向的ZnO薄膜生长研究,即非极性ZnO薄膜生长研究。目前,非极性SiO的ρ型掺杂和发光器件的制备已成为新的研究热点。如果能够制备非极性ZnO基发光器件,可有效去除极化电场对器件性能的影响,提高器件发光效率。

发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足,提供一种质量好、工艺简单的非极性aio 基发光器件及其制备方法。本发明的非极性SiO基发光器件,自下而上依次有衬底,5 15纳米厚的SiO低温缓冲层,200 500纳米厚的η型ZnO层,5 9个周期、阱宽3 6纳米、垒宽5 8纳米的aiO/ZnMgO多量子阱层和200 500纳米厚的ρ型ZnO层。非极性ZnO基发光器件的制备方法,包括以下步骤
1)将经清洗处理的衬底放入分子束外延设备,在300 350°C温度,调节生长室压力为 1 X 10_5 3 X 10_5Torr,以纯O2为0源,金属Si源为反应源,生长厚度为5 15纳米的ZnO 低温缓冲层;
2)在生长有ZnO低温缓冲层的基片上,调节生长室压力为IX10_5 3X 10_5Τοπ·,以纯 O2为0源,金属Si源为反应源,金属Al源或金属( 源为η型掺杂源,在400 600°C温度下生长厚度为200 500纳米的η型ZnO层;
3)在η型ZnO层上,以纯O2为0源,金属Si源和金属Mg源为反应源,在400 600°C 温度下,生长5 9个周期,阱宽3 6纳米、垒宽5 8纳米的aiO/ZnMgO多量子阱层作为ZnO基发光层;
4)采用频率为1 5Hz、能量为200 400mJ的激光轰击掺Na的ZnO陶瓷靶,其中靶材中Na的摩尔百分含量为0. 1 1%,在400 600°C温度下生长厚度为200 500纳米的P型ZnO层。上述的衬底可以是m面蓝宝石或r面蓝宝石或(100)面Y-LiAW2。本发明的有益效果在于本发明方法简单,易于实现。通过采用m面蓝宝石或r面蓝宝石或(100)面Y-LiAW2 衬底,实现非极性ZnO薄膜生长。采用激光增强非平衡手段提高ρ型掺杂效率,获得高空穴浓度的稳定Na掺杂ρ型&ι0。整个非极性ZnO基发光器件材料均在分子束外延沉积系统中制备,减少可能的沾污。非极性ZnO基发光器件的实现,有利于去除极化电场对器件性能的影响,从而提高器件发光效率。


图1是本发明的非极性SiO基发光器件结构示意图。图中1为衬底、2为ZnO低温缓冲层、3为η型ZnO层、4为aiO/ZnMgO多量子阱层、5为ρ型ZnO层。
具体实施例方式以下结合附图详细叙述本发明。参照图1,本发明的非极性ZnO基发光器件,自下而上依次有衬底1,5 15纳米厚的ZnO低温缓冲层2,200 500纳米厚的η型ZnO层3,5 9个周期、阱宽3 6纳米、垒宽5 8纳米的aiO/ZnMgO多量子阱层4和200 500纳米厚的ρ型ZnO层5。实施例1
1)将m面蓝宝石进行清洗处理后放入分子束外延设备,衬底温度加热至300°C,调节生长室压力为1 X 10_5Torr,以纯仏(纯度99. 9999%)为0源,金属Si源为反应源,生长厚度为 5纳米的ZnO低温缓冲层;
2)在生长有ZnO低温缓冲层的基片上,调节生长室压力为1Χ10_5Τοπ·,以纯&(纯度 99. 9999%)为0源,金属Si源为反应源,金属Al源为η型掺杂源,在500°C温度下生长厚度为200纳米的η型ZnO层;
3)在η型ZnO层上,以纯&(纯度99. 9999%)为0源,金属Si源和金属Mg源为反应源,在500°C温度下,生长5个周期,阱宽3纳米、垒宽5纳米的aiO/ZnMgO多量子阱层作为 ZnO基发光层;
4)采用频率为3Hz、能量为300mJ的激光轰击掺Na的ZnO陶瓷靶,其中靶材中Na的摩尔百分含量为0. 1%,在500°C温度下生长厚度为200纳米的ρ型ZnO层。实施例2
1)将r面蓝宝石进行清洗处理后放入分子束外延设备,衬底温度加热至350°C,调节生长室压力为2X 10_5Torr,以纯仏(纯度99. 9999%)为0源,金属Si源为反应源,生长厚度为 10纳米的ZnO低温缓冲层;
2)在生长有ZnO低温缓冲层的基片上,调节生长室压力为2X10_5Τοπ·,以纯仏(纯度 99. 9999%)为0源,金属Si源为反应源,金属( 源为η型掺杂源,在550°C温度下生长厚度为350纳米的η型ZnO层;
3)在η型ZnO层上,以纯&(纯度99. 9999%)为0源,金属Si源和金属Mg源为反应源,在550°C温度下,生长7个周期,阱宽4纳米、垒宽7纳米的aiO/ZnMgO多量子阱层作为 ZnO基发光层;
4)采用频率为4Hz、能量为350mJ的激光轰击掺Na的ZnO陶瓷靶,其中靶材中Na的摩尔百分含量为0. 3%,在550°C温度下生长厚度为400纳米的ρ型ZnO层。
实施例3
1)将(100)面Y-LiAW2进行清洗处理后放入分子束外延设备,衬底温度加热至 310°C,调节生长室压力为3X 10_5Torr,以纯仏(纯度99. 9999%)为0源,金属Si源为反应源,生长厚度为15纳米的ZnO低温缓冲层;
2)在生长有ZnO低温缓冲层的基片上,调节生长室压力为3X10_5Τοπ·,以纯仏(纯度 99. 9999%)为0源,金属Si源为反应源,金属Al源为η型掺杂源,在600°C温度下生长厚度为500纳米的η型ZnO层;
3)在η型ZnO层上,以纯&(纯度99. 9999%)为0源,金属Si源和金属Mg源为反应源,在600°C温度下,生长9个周期,阱宽5纳米、垒宽8纳米的aiO/ZnMgO多量子阱层作为 ZnO基发光层;
4)采用频率为5Hz、能量为400mJ的激光轰击掺Na的ZnO陶瓷靶,其中靶材中Na的摩尔百分含量为0. 5%,在600°C温度下生长厚度为500纳米的ρ型ZnO层。
权利要求
1.一种非极性ZnO基发光器件,其特征是自下而上依次有衬底(1 ),5 15纳米厚的 ZnO低温缓冲层(2),200 500纳米厚的η型ZnO层(3),5 9个周期、阱宽3 6纳米、 垒宽5 8纳米的aiO/ZnMgO多量子阱层(4)和200 500纳米厚的ρ型ZnO层(5)。
2.根据权利要求1所述的非极性SiO基发光器件,其特征是所说的衬底是m面蓝宝石或r面蓝宝石或(100)面Y-LiAW2。
3.制备权利要求1所述的非极性ZnO基发光器件的方法,包括以下步骤1)将经清洗处理的衬底放入分子束外延设备,在300 350°C温度,调节生长室压力为 1 X 10_5 3 X 10_5Torr,以纯O2为0源,金属Si源为反应源,生长厚度为5 15纳米的ZnO 低温缓冲层;2)在生长有ZnO低温缓冲层的基片上,调节生长室压力为IX10_5 3X 10_5Τοπ·,以纯 O2为0源,金属Si源为反应源,金属Al源或金属( 源为η型掺杂源,在400 600°C温度下生长厚度为200 500纳米的η型ZnO层;3)在η型ZnO层上,以纯O2为0源,金属Si源和金属Mg源为反应源,在400 600°C 温度下,生长5 9个周期,阱宽3 6纳米、垒宽5 8纳米的aiO/ZnMgO多量子阱层作为ZnO基发光层;4)采用频率为1 5Hz、能量为200 400mJ的激光轰击掺Na的ZnO陶瓷靶,其中靶材中Na的摩尔百分含量为0. 1 1%,在400 600°C温度下生长厚度为200 500纳米的P型ZnO层。
全文摘要
本发明公开的非极性ZnO基发光器件自下而上依次有衬底、ZnO低温缓冲层、n型ZnO层、ZnO/ZnMgO多量子阱层和p型ZnO层。其制备方法如下将清洗处理的衬底放入分子束外延设备中,以纯O2为O源,金属Zn源和金属Mg源为反应源,金属Al源或金属Ga源为n型掺杂源,在衬底上依次生长ZnO低温缓冲层、n型ZnO层和ZnO/ZnMgO多量子阱层;然后采用激光轰击掺Na的ZnO陶瓷靶,生长Na掺杂p型ZnO层。本发明通过采用合适的衬底,结合分子束外延技术,生长高质量的非极性ZnO薄膜,在此基础上制备非极性ZnO基发光器件,可去除极化电场对器件性能的影响,提高器件发光效率。
文档编号H01L33/28GK102185071SQ20111010158
公开日2011年9月14日 申请日期2011年4月22日 优先权日2011年4月22日
发明者丁萍, 叶志镇, 吕斌, 潘新花, 黄靖云 申请人:浙江大学
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