一种基于镓掺杂氧化锌纳米线阵列的波长可调节发光二极管及其制备方法
【专利摘要】本发明公开一种镓掺杂氧化锌纳米线阵列的波长可调节发光二极管及其制备方法。该镓掺杂氧化锌纳米线阵列的波长可调节发光二极管包括p型导电基片，位于p型导电基片上的镓掺杂氧化锌纳米线阵列和底电极，以及位于镓掺杂氧化锌纳米线阵列上的顶电极。该镓掺杂氧化锌纳米线阵列波长可调节发光二极管的制备方法包括：提供一p型导电基片；在p型导电基片上通过控制镓掺杂氧化锌纳米线阵列的镓掺杂量，进行镓掺杂氧化锌纳米线阵列生长；在生长的镓掺杂氧化锌纳米线阵列上旋涂一层阻挡层；刻蚀去除包裹在镓掺杂氧化锌纳米线阵列顶部的阻挡层；在镓掺杂氧化锌纳米线阵列顶部沉积顶电极；去除部分区域的镓掺杂氧化锌纳米线阵列，露出p型导电基片，在露出的p型导电基片上制作底电极。
【专利说明】一种基于镓掺杂氧化锌纳米线阵列的波长可调节发光二极管及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体发光器件领域，特别涉及一种基于镓掺杂氧化锌纳米线阵列的波长可调节发光二极管及其制备方法。
【背景技术】
[0002]半导体发光二极管是一种高能效、长寿命和体积小巧的新一代光源，在照明、信息通讯、显示技术和医疗技术等方面有广泛的运用。发光波长是半导体发光二极管的一个重要的性能参数，其由发光材料的能带宽度决定。波长可调节发光二极管在白光照明、光学显示技术等方面有重要的运用前景，成为半导体发光二极管的研究热点。
[0003]在可见光和紫外光区域，氮化镓材料是已经商业化的发光二极管制备材料，是典型的第三代宽禁带半导体材料。与氮化镓相比，氧化锌具有相同的晶格结构、相类似的禁带宽度，而且氧化锌具有更加优良的性质，比如激子束缚能更高，更容易实现室温下的光发射；另外氧化锌价格便宜，制备方法简单，有望取代氮化镓成为更加高效和经济的发光二极管。
[0004]目前公开报道的波长可调发光二极管都是通过铟掺杂氮化镓来实现氮化镓能带的移动，而且器件结构都是平面薄膜结构，在掺杂的过程中容易出现大量的晶格缺陷，而且掺杂浓度很难提高，从而导致器件的发光性能下降。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于针对现有技术存在的上述缺陷，提出一种全新的纳米线阵列波长可调节发光二极管，即基于镓掺杂氧化锌纳米线阵列的波长可调节发光二极管，其不但能实现发光波长从紫外到可见光区域的可控调节，而且能提高掺杂浓度，且能避免掺杂时带来的材料晶格缺陷问题。本发明同时还提出一种制备该基于镓掺杂氧化锌纳米线阵列的波长可调节发光二极管的方法。
[0006]为了解决上述问题，本发明提供一种镓掺杂氧化锌纳米线阵列的波长可调节发光二极管，包括P型导电基片，位于P型导电基片上的镓掺杂氧化锌纳米线阵列和底电极，以及位于镓掺杂氧化锌纳米线阵列上的顶电极。
[0007]优选地，P型导电基片包括蓝宝石衬底和位于蓝宝石衬底上的P型氮化镓薄膜或P型碳化硅薄膜。
[0008]优选地，镓掺杂氧化锌纳米线阵列上旋涂有阻挡层，该阻挡层为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、或聚苯乙烯(PS)高分子溶剂。
[0009]优选地，镓掺杂氧化锌纳米线阵列顶部包裹的阻挡层被去除，顶电极包括沉积在镓掺杂氧化锌纳米线阵列顶部上的透明导电电极和第一金属电极，底电极包括沉积在P型导电基片上的第二金属电极和第三金属电极。
[0010]本发明还提供一种镓掺杂氧化锌纳米线阵列波长可调节发光二极管的制备方法，包括下述步骤:
[0011 ] ( I)提供一 P型导电基片；
[0012](2)在P型导电基片上通过控制镓掺杂氧化锌纳米线阵列的镓掺杂量，进行镓掺杂氧化锌纳米线阵列生长；
[0013](3)在生长的镓掺杂氧化锌纳米线阵列上旋涂一层阻挡层；
[0014](4)刻蚀去除包裹在镓掺杂氧化锌纳米线阵列顶部的阻挡层；
[0015](5)在镓掺杂氧化锌纳米线阵列顶部沉积顶电极；
[0016](6)去除部分区域的镓掺杂氧化锌纳米线阵列，露出P型导电基片，在露出的P型导电基片上制作底电极。
[0017]优选地，步骤(I)提供P型导电基片是在蓝宝石衬底上采用有机金属化学气相沉积法制备P型氮化镓或P型碳化硅薄膜；优选地，且在步骤(I)之后、步骤(2)之前，在P型导电基片上蒸镀一层金膜作为生长镓掺杂氧化锌纳米线阵列的催化剂。
[0018]优选地，在步骤(2)中，用化学气相沉积法以氧化镓作为掺杂源生长镓掺杂氧化锌纳米线阵列。更优选地，先将氧化锌粉末和碳粉混合均匀，然后掺入氧化镓粉末，研磨均匀后用化学气相沉积法制备该镓掺杂氧化锌纳米线阵列，其中镓掺杂氧化锌纳米线阵列生长的氧化锌和碳粉原料是按照质量比1:1混合，氧化镓掺杂粉末的掺杂比例为质量比5%-50%。
[0019]替代地，在步骤(2)中，是以金属镓颗粒作为掺杂源生长镓掺杂氧化锌纳米线阵列，金属镓颗粒按照镓元素的摩尔比5%-50%进行掺杂。
[0020]优选地，在步骤(3)中，用高分子有机溶剂在镓掺杂氧化锌纳米线阵列上旋涂该阻挡层，旋涂结束后溶剂挥发，高分子阻挡层就包裹在镓掺杂氧化锌纳米线阵列外。优选地，高分子有机溶剂采用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)或聚苯乙烯(PS)。
[0021]优选地，在步骤(4)中，用等离子刻蚀技术去除包裹在镓掺杂氧化锌纳米线阵列顶部的多余阻挡层，制备良好的顶电极接触。优选地，在步骤(5)中，采用磁控溅射或热蒸发方法，在刻蚀结束的镓掺杂氧化锌纳米线阵列顶部沉积一层透明导电电极和铟金属电极作为顶电极。优选地，在步骤(6)中，用稀盐酸溶液腐蚀去除导电衬底上部分区域的镓掺杂氧化锌纳米线阵列，露出P型导电基片，然后采用磁控溅射或者热蒸发的方法，在露出的P型导电基片上沉积镍和铟金属电极作为底电极。
[0022]与现有技术相比，本发明的有益效果如下:
[0023]1.本发明提出通过镓掺杂氧化锌制作波长可调节发光二极管，同传统上通过铟掺杂氮化镓制作可调节发光二极管相比是基础性的创新，既能获得优良的性质实现紫外光到可见光区域的可调，又能降低成本。
[0024]2.本发明的镓掺杂氧化锌波长可调节发光二极管采用纳米线阵列结构，同传统上波长可调发光二极管都是平面薄膜的结构相比，只需通过利用镓掺杂氧化锌纳米线阵列来调节氧化锌的禁带宽度，就能实现氧化锌纳米线阵列发光二极管的波长调控。随着镓掺杂含量的增加，发光二极管的波长从紫外区域移动到可见光区域。无需通过调节薄膜材料组分来实现发光波长的调节，器件结构新颖、简化而且制备方法简单。
[0025]3.本发明的波长可调节发光二极管采用氧化锌纳米线阵列，在纳米尺度下，材料的掺杂和生长不同于常规的薄膜材料，由于尺寸缩小，掺杂效率会更高，而纳米材料的大比表面积可以释放生长过程中的应力，减少材料的缺陷，因此本发明的氧化锌纳米线阵列波长可调节发光二极管避免了高浓度掺杂时带来的材料晶格缺陷，实现了发光波长从紫外到可见光区域的可控调节。
[0026]4.本发明的可调节发光二极管采用P型导电基片来生长镓掺杂氧化锌纳米线阵列，P型导电基片有助于实现镓掺杂氧化锌纳米线的垂直阵列生长，提高掺杂浓度。
[0027]5.本发明的镓掺杂氧化锌纳米线阵列的波长可调节发光二极管能够实现波长从紫外到可见光区域的可控调节，镓掺杂浓度高，性能优良。本发明为制备该镓掺杂氧化锌纳米线阵列的波长可调节发光二极管所采用的方法简单，容易在产业上实现量化生产。
[0028]本发明的镓掺杂氧化锌纳米线阵列的波长可调节发光二极管及其制备方法在新型纳米材料制备、波长调节光电子器件领域有重要的运用前景。
【专利附图】
【附图说明】
[0029]图1是本发明的镓掺杂氧化锌纳米线阵列发光二极管器件的结构示意图。
[0030]图2为制备本发明镓掺杂氧化锌纳米线阵列所用的双温区管式炉的示意图。
[0031]图3为本发明不同掺杂浓度下氧化锌纳米线阵列的扫描电镜图片以及高分辨图片。(a)- (f)依次为纯氧化锌，5%，10%，15%，20%，25%含量的镓掺杂氧化锌纳米线阵列。每幅图的插图是其对应的高分辨图片，标尺为500纳米。
[0032]图4为本发明镓掺杂氧化锌纳米线阵列(5%浓度掺杂)的X射线光电子能谱(XPS)表征结果。
[0033]图5 (a)为本发明镓掺杂氧化锌纳米线(25%浓度掺杂)的高分辨投射电镜图片，以及对应的选区高分辨晶格像和傅立叶变化点阵。(b)为对应的纳米线高角环形暗场象图片和元素分布图。
[0034]图6为本发明镓氧化锌纳米线阵列的室温光致发光谱。
[0035]图7为本发明镓掺杂氧化锌纳米线阵列在阻挡层旋涂前后的扫描电镜图片。
[0036]图8为本发明镓掺杂氧化锌纳米线阵列光电二极管器件的电压-电流曲线。
[0037]图9为本发明顶电极和底电极的电学测试，测试表明顶电极和底电极都是欧姆接触。
[0038]图10为本发明不同镓掺杂含量的氧化锌纳米线阵列光电二极管在外偏压20伏下的电致发光曲线。
[0039]图11为本发明不同镓掺杂含量的氧化锌纳米线阵列的光电二极管点亮时的数码照片。
【具体实施方式】
[0040]以下结合附图对本发明的【具体实施方式】做详细说明。需要说明的是，图中给出的仅是示意性的示例，并非是对本发明的限制。
[0041]参看图1，本发明的镓掺杂氧化锌纳米线阵列的波长可调节发光二极管包括P型导电基片，该P型导电基片包括衬底I和位于衬底I上的P型导电薄膜2。其中，衬底I可以是诸如蓝宝石之类的衬底，优选是蓝宝石衬底。本发明的镓掺杂氧化锌纳米线阵列的波长可调节发光二极管还包括位于P型导电基片上的镓掺杂氧化锌纳米线阵列3和底电极7、8，以及位于镓掺杂氧化锌纳米线阵列3上的顶电极5、6。
[0042]本发明的P型导电基片可以是任何能实现氧化锌纳米线外延生长的基片，示意性而非限制性的例子有P型氮化镓、P型碳化硅等。P型导电基片有助于实现氧化锌纳米线的垂直阵列生长，提高掺杂浓度。
[0043]镓掺杂氧化锌纳米线阵列3可以用化学气相沉积法或物理气相沉积法等方法来制备。
[0044]镓掺杂氧化锌纳米线阵列3上旋涂有阻挡层4。阻挡层4包裹着纳米线实现电极的阻挡层效果，从而可以有效防止顶电极5、6贯穿纳米线阵列3而导致器件导通。
[0045]该阻挡层4可以是各种高分子的有机溶剂，示例性的例子有聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚苯乙烯(PS)等高分子材料，优选是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)0
[0046]镓掺杂氧化锌纳米线阵列3顶部包裹的阻挡层被去除，以制备良好的顶电极接触，优选用等离子刻蚀技术去除包裹在镓掺杂氧化锌纳米线阵列3顶部的阻挡层4。
[0047]顶电极5、6包括沉积在镓掺杂氧化锌纳米线阵列3顶部上的透明导电电极5和第一金属电极6，沉积采用磁控溅射或热蒸发方法进行。透明导电电极5优选为氧化铟锡，第一金属电极6优选为铟金属电极。
[0048]底电极7、8包括沉积在导电基片2上的第二金属电极7和第三金属电极8,沉积米用磁控溅射或者热蒸发方法在露出的导电基片2上进行。该第二金属电极7优选为镍，该第三金属电极8优选为铟金属电极。
[0049]本发明的镓掺杂氧化锌纳米线阵列的波长可调节发光二极管其制备方法包括下述步骤:
[0050]( I)提供一 P型导电基片；
[0051](2)在该P型导电基片上通过控制镓掺杂氧化锌纳米线阵列的镓掺杂量，进行镓掺杂氧化锌纳米线阵列生长；
[0052](3)在生长的镓掺杂氧化锌纳米线阵列上旋涂一层阻挡层；
[0053](4)刻蚀去除包裹在镓掺杂氧化锌纳米线阵列顶部的阻挡层；
[0054](5)在镓掺杂氧化锌纳米线阵列顶部沉积顶电极；
[0055](6)去除部分区域的镓掺杂氧化锌纳米线阵列，露出P型导电基片，在露出的P型导电基片上制作底电极。
[0056]其中，步骤(I)是在蓝宝石衬底上采用有机金属化学气相沉积法制备P型氮化镓或P型碳化硅导电薄膜来提供该P型导电基片。采用诸如P型氮化镓或P型碳化硅这类P型导电基片有助于实现氧化锌纳米线的垂直阵列生长，提高掺杂浓度。
[0057]在步骤(I)之后和步骤(2)之前，在P型氮化镓或碳化硅导电基片上蒸镀一层金膜作为生长镓掺杂氧化锌纳米线阵列的催化剂。
[0058]其中，在步骤(2)中，用化学气相沉积法以氧化镓作为掺杂源生长镓掺杂氧化锌纳米线阵列。具体地，先将氧化锌粉末和碳粉混合均匀，然后掺入氧化镓粉末，研磨均匀后采用双温区管式炉用化学气相沉积法制备该镓掺杂氧化锌纳米线阵列。
[0059]镓掺杂氧化锌纳米线阵列生长的氧化锌和碳粉原料是按照质量比1:1混合，氧化镓掺杂粉末的掺杂比例为质量比5%-50%。掺杂源也可以为金属镓颗粒，掺杂比例按照镓元素的摩尔比5%-50%。
[0060]其中，在步骤(3)中，用高分子有机溶剂在镓掺杂氧化锌纳米线阵列上旋涂该阻挡层，旋涂结束后，溶剂挥发，高分子阻挡层就包裹在镓掺杂氧化锌纳米线阵列外。高分子有机溶剂采用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)或者聚苯乙烯(PS)等高分子材料，优选采用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。
[0061]其中，在步骤(4)中，用等离子刻蚀技术去除包裹在镓掺杂氧化锌纳米线阵列顶部的多余阻挡层，以制备良好的顶电极接触。
[0062]其中，在步骤(5)中，采用磁控溅射或热蒸发方法，在刻蚀结束的镓掺杂氧化锌纳米线阵列顶部沉积一层透明导电电极和铟金属电极作为顶电极。
[0063]其中，在步骤(6)中，用稀盐酸溶液腐蚀去除导电衬底上部分区域的镓掺杂氧化锌纳米线阵列，露出P型导电基片，然后采用磁控溅射或者热蒸发的方法，在露出的P型导电基片上沉积镍和铟金属电极作为底电极。
[0064]下面，结合具体实施例，详细描述本发明的镓掺杂氧化锌纳米线阵列的波长可调节发光二极管其制备方法。
[0065]首先制备镓掺杂氧化锌纳米线阵列。镓掺杂氧化锌纳米线阵列可以采用多种方法制备，在本实施例中采用化学气相沉积法制备，但是也可以采用物理气相沉积的方法。在本实施例中，制备装置采用常用的双温区管式炉，如图2所示。在图2所示的双温区管式炉中，9是管式炉保温层，10是管式炉加热区，11是外石英管，12是石英管进气口，13是石英管抽气口，14是内置一端开口的石英管，15是石英舟，16是P型导电基片，17是热电偶。
[0066](一).镓掺杂氧化锌纳米线阵列的制备
[0067]( I)首先在蓝宝石衬底上采用有机金属化学气相沉积法沉积P型导电薄膜，制得P型导电基片2。本发明将沉积生长完P型导电薄膜的蓝宝石衬底整体作为P型导电基片。在本实例中，以P型氮化镓为例，采用有机金属化学气相沉积法沉积P型氮化镓导电薄膜，制得P型氮化镓导电基片2,也可以采用P型碳化娃,制得P型碳化娃导电基片。然后取一定大小的P型氮化镓导电基片(长宽为0.5cmX0.5cm),依次用乙醇、丙酮和去离子水超声清洗十分钟，之后用干燥氮气吹干待用。
[0068](2)利用电子束蒸发镀膜仪在清洗干净的P型氮化镓导电基片上蒸镀5?10纳米的金膜，作为生长镓掺杂氧化锌纳米线阵列的催化剂。
[0069](3)生长源料制备:秤取6克氧化锌粉末和6克碳粉混合均匀，然后分成6等份，编号为A-F号，A号原料用来制备纯氧化锌纳米线阵列作为对照。向B-F号粉末中分别添加5%，10%, 15%，20%, 25%重量比的氧化镓粉末，然后分别研磨均匀。本实例以氧化镓为掺杂源，采用同等摩尔重量的金属镓颗粒，同样可以实现本发明的掺杂效果。
[0070](4)将制备好的A号粉末置于图2的石英舟15内，放入双温区管式炉的内管封闭端。然后将镀有金膜催化剂的P型氮化镓导电基片16置于内管开口端，两者距离20?30厘米。然后如图2中13所示，将石英管11内的真空抽至5帕以下，通入Isccm的氧气和49sccm的氩气，如图2所示12，之后将石英舟15和p型氮化镓导电基片16所在的温区分别升温至1000°C和880°C，如图2所示10和11，再保温30分钟。在高温下，碳粉将氧化锌粉末还原得到锌蒸汽，锌蒸汽在金催化剂的诱导下和氧气反应得到氧化锌的纳米线阵列。待自然冷却至室温后，得到氧化锌纳米线阵列，标记为样品I。[0071](5)重复上述步骤(I)- (4)，将A号粉末依次换成B-F号粉末。在高温下，碳粉将氧化锌粉末和氧化镓粉末还原得到锌蒸汽和镓蒸汽，锌蒸汽在金催化剂的诱导下和氧气反应得到氧化锌的纳米线阵列，镓蒸汽作为掺杂源引入氧化锌纳米线从而生长得到镓掺杂氧化锌纳米线阵列。由此得到样品分别是掺杂量5%，10%, 15%，20%和25%的镓掺杂氧化锌纳米线阵列，分别标记为2-6号样品。附图3中的(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)分别是1_6号样品的扫描电镜图片，每幅图的插图是其对应的高分辨图片，标尺为500纳米。附图4是2号样品(5%浓度掺杂)的X射线光电子能谱结果，出现镓元素的峰，表明镓元素已成功掺入氧化锌纳米线阵列内。附图5 (a)是6号样品(25%浓度掺杂)的高分辨投射电镜图片以及对应的选区高分辨晶格像和傅立叶变化点阵，(b)为对应的纳米线高角环形暗场象图片和元素分布图，表明高浓度的镓元素已经均匀掺入氧化锌纳米线，但是纳米线依然保持良好的结晶特性，没有出现非晶和明显的晶格缺陷。图6中各条曲线分别是1-6号样品的室温光致发光谱，从中可以看出随着掺杂浓度的提高，1-6号样品的发光峰从380nm逐步移动到417nm,同时在550nm处的发光峰逐渐增强，这说明镓掺杂含量可以有效调节发光波长。
[0072]在上述步骤制得镓掺杂氧化锌纳米线阵列1-6号样品后，接下来，用制备好的镓掺杂氧化锌纳米线阵列1-6号样品制作波长可调发光二极管器件。
[0073](二).波长可调发光二极管器件的制作
[0074]在上述步骤制得镓掺杂氧化锌纳米线阵列1-6号样品的基础上，分别实施下述步骤，得到相应的波长可调发光二极管器件，测量发光二极管的器件性质。
[0075](I)旋涂阻挡层(图1所示4):为了防止顶电极贯穿纳米线阵列而导致器件导通，先在纳米线阵列上旋涂一层阻挡层，阻挡层可以是各种高分子的有机溶剂。旋涂结束后，溶剂挥发，高分子阻挡层包裹纳米线实现电极的阻挡层效果。本发明以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为例，也可以是聚二甲基硅氧烷(PDMS)，聚苯乙烯(PS)等高分子材料。
[0076](2)阻挡层刻蚀:为了制备良好的顶电极接触，需要用等离子刻蚀技术去除包裹在纳米线顶部的多余阻挡层高分子材料。等离子刻蚀的功率800W，时间10分钟。图7显示的是样品2刻蚀前后的扫描电镜图片，可以看出镓掺杂纳米线阵列完全被PMMA包覆，仅尖端露出。
[0077](3)顶电极沉积(图1所示5):采用磁控溅射或热蒸发方法，在刻蚀结束的纳米线顶部沉积一层透明导电电极(氧化铟锡，厚度100纳米)和铟金属电极(图1所示5和6)。
[0078](4)底电极沉积:用稀盐酸溶液腐蚀去除部分区域的镓掺杂氧化锌纳米线阵列，露出P型导电基底，用来制作底电极。之后，采用磁控溅射或者热蒸发的方法，在露出的P型导电基底上沉积100纳米的镇(图1所不7)和钢金属电极(图1所不8)。
[0079](5)器件测试:完成电极制作之后，采用探针台或者焊线机引线，完成器件的电学和光学测试。
[0080]图8显示的是利用样品1-6的镓掺杂氧化锌纳米线阵列制得的发光二极管器件的电流电压特性。从图中可以看出，随着镓掺杂含量增加，相同电压下电流增加。图9显示的是以样品2镓掺杂氧化锌纳米线阵列制得的发光二极管器件为示例，其顶电极和底电极的电流电压特性，其表明测试表面顶电极和底电极都是欧姆接触。图10是利用样品1-6的镓掺杂氧化锌纳米线阵列制得的波长可调发光二极管器件在20伏偏压下的电致发光曲线图。可以看出，随着镓掺杂含量的增加，发光峰从紫外区域调节到可见光区域。图11是在20伏偏压，利用样品1-6的镓掺杂氧化锌纳米线阵列制得的波长可调发光二极管器件的发光图片。
[0081]因此，本发明利用上述步骤制备的镓掺杂氧化锌纳米线阵列光电二极管，采用P型导电基片来生长镓掺杂氧化锌纳米线阵列，有助于实现氧化锌纳米线的垂直阵列生长，能提高镓的掺杂浓度，而且采用氧化锌纳米线阵列，由于尺寸缩小，掺杂效率会更高，而纳米材料的大比表面积可以释放生长过程中的应力，能够避免浓度较高掺杂时带来的材料晶格缺陷。同时，由于只需通过利用镓掺杂就可调节氧化锌的禁带宽度，因此很容易就能实现氧化锌纳米线阵列发光二极管的波长调控。随着镓掺杂含量的增加，发光峰从紫外区域调节到可见光区域，实现了从紫外到可见光区域的大范围可控调节，同时，随着波长的红移，发光峰逐渐宽化，直至实现白光发射(如图11中(e)和(f)所示)，这为本发明在白光照明、光电二极管直接全色显示、波长调节新型光源等运用领域提供了良好的运用前景。
[0082]总而言之，本发明提供了一种基于镓掺杂氧化锌纳米线阵列的波长可调节发光二极管及其制备方法，在新型纳米材料制备、波长调节光电子器件领域有重要的运用前景。
【权利要求】
1.一种镓掺杂氧化锌纳米线阵列的波长可调节发光二极管，包括P型导电基片，位于P型导电基片上的镓掺杂氧化锌纳米线阵列和底电极，以及位于镓掺杂氧化锌纳米线阵列上的顶电极。
2.如权利要求1所述的镓掺杂氧化锌纳米线阵列波长可调节发光二极管，其中P型导电基片包括蓝宝石衬底和位于蓝宝石衬底上的P型氮化镓薄膜或P型碳化硅薄膜。
3.如权利要求1所述的镓掺杂氧化锌纳米线阵列波长可调节发光二极管，其中镓掺杂氧化锌纳米线阵列上旋涂有阻挡层。
4.如权利要求3所述的镓掺杂氧化锌纳米线阵列波长可调节发光二极管，其中镓掺杂氧化锌纳米线阵列顶部包裹的阻挡层被去除，顶电极包括沉积在镓掺杂氧化锌纳米线阵列顶部上的透明导电电极和第一金属电极，底电极包括沉积在P型导电基片上的第二金属电极和第三金属电极。
5.一种镓掺杂氧化锌纳米线阵列波长可调节发光二极管的制备方法，包括下述步骤: (1)提供一P型导电基片； (2)在P型导电基片上通过控制镓掺杂氧化锌纳米线阵列的镓掺杂量，进行镓掺杂氧化锌纳米线阵列生长； (3)在生长的镓掺杂氧化锌纳米线阵列上旋涂一层阻挡层； (4)刻蚀去除包裹在镓掺杂氧化锌纳米线阵列顶部的阻挡层； (5)在镓掺杂氧化锌纳米线阵列顶部沉积顶电极； (6)去除部分区域的镓掺杂氧化锌纳米线阵列，露出P型导电基片，在露出的P型导电基片上制作底电极。
6.如权利要求5的制备方法，其中步骤(I)提供P型导电基片是在蓝宝石衬底上采用有机金属化学气相沉积法制备P型氮化镓或P型碳化硅薄膜，且在步骤(I)之后、步骤(2)之前，在P型导电基片上蒸镀一层金膜作为生长镓掺杂氧化锌纳米线阵列的催化剂。
7.如权利要求5—6中任一项的制备方法，其中: 在步骤(2)中，用化学气相沉积法以氧化镓作为掺杂源生长镓掺杂氧化锌纳米线阵列，具体地，先将氧化锌粉末和碳粉混合均匀，然后掺入氧化镓粉末，研磨均匀后用化学气相沉积法制备该镓掺杂氧化锌纳米线阵列，其中镓掺杂氧化锌纳米线阵列生长的氧化锌和碳粉原料是按照质量比1:1混合，氧化镓掺杂粉末的掺杂比例为质量比5%-50%。
8.如权利要求7的制备方法，其中是以金属镓颗粒作为掺杂源生长镓掺杂氧化锌纳米线阵列，金属镓颗粒按照镓元素的摩尔比5%-50%进行掺杂。
9.如权利要求5—6中任一项的制备方法，其中在步骤(3)中，用高分子有机溶剂在镓掺杂氧化锌纳米线阵列上旋涂该阻挡层，旋涂结束后溶剂挥发，高分子阻挡层就包裹在镓掺杂氧化锌纳米线阵列外。
10.如权利要求5—6中任一项的制备方法，其中: 在步骤(5)中，采用磁控溅射或热蒸发方法，在刻蚀结束的镓掺杂氧化锌纳米线阵列顶部沉积一层透明导电电极和铟金属电极作为顶电极；和 在步骤(6)中，用稀盐酸溶液腐蚀去除导电衬底上部分区域的镓掺杂氧化锌纳米线阵列，露出P型导电基片，然后采用磁控溅射或者热蒸发的方法，在露出的P型导电基片上沉积镍和铟金属电极作为底电极。
【文档编号】H01L33/28GK103746056SQ201310740552
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2013年12月28日 优先权日:2013年12月28日
【发明者】高义华, 张翔晖, 王玉梅, 李璐颖, 苏俊, 刘逆霜 申请人:华中科技大学