低维高亮绿光发射InGaN基异质结二极管及其制备方法与流程

本发明涉及半导体光电子器件技术领域，涉及发光二极管，具体涉及低维高亮绿光发射ingan基异质结二极管及其制备方法。

背景技术：

在种植业领域，绿光补光可以促进植物幼苗的生长；在显示领域，绿光可以用于全色屏幕、交通信号；在医疗领域，绿光可以改善因为过度劳累，以及压力大、精神紧张引起的皮肤粗糙，还有黑头、粉刺等。随着社会的发展，对绿光的需求也会越来越高，发展高效、稳定的绿光光源也将是一个需要深究的研究方向。zno作为一种直接带隙半导体，在常温具有很高的激子结合能(60ev)，同时，以气相沉积法生长的zno微纳结构具有优异的结晶度，使其在微纳光电器件领域得到了广泛的研究。ingan为第三代半导体，其禁带宽度从0.7ev到3.4ev连续可调，对应的波长涵盖了紫外—可见—近红外范围，同时，具有较高的载流子迁移率，在led、太阳能电池领域具有很高的应用价值。虽然许多研究小组对n-zno/p-ingan异质结绿光发光二极管进行了研究，但是对低维高亮、稳定的p-ingan基异质结绿光二极管的构筑却鲜有报道。低维异质结结构是构筑高性能发光半导体器件的基石，具有极大的研究、应用价值。因此，本发明基于低维n-zno:ga微米线，结合绿光发射p-ingan衬底，构筑异质结绿光发光器件。由于ga元素的掺杂，极大的提高了zno微米线载流子浓度，提高了异质结载流子的注入效率，实现了高亮、稳定的低维高亮绿光异质结二极管的构筑。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种低维高亮绿光发射ingan基异质结二极管及其制备方法。采用结晶质量优异的单根n-zno:ga微米线与禁带宽度为2.30ev的p-ingan衬底构筑异质结二极管，在2μa的低电流下，即可实现绿光发射，随着电流的增加，即可得到高强、稳定的绿光。该低维高亮绿光发光二极管可被用于白光led、生物医学等领域。

为实现上述目的，本发明所述低维高亮绿光发射ingan基异质结二极管的制备方法，包括以下步骤：

(1)将p-ingan衬底高温退火，之后对其进行多次清洗；

(2)在(1)中清洗过的p-ingan上蒸镀ni/au电极；

(3)将石英衬底和蓝宝石衬底清洗干净；

(4)将清洗好的p-ingan衬底和蓝宝石衬底固定在石英衬底上，将单根n-zno:ga微米线置于二者之上，取一块in电极，置于蓝宝石一测的微米线上，作为阴极，即可构筑低维高亮绿光发射二极管。

步骤(1)所述p-ingan衬底退火、清洗的方法：将p-ingan基底放入高温管式炉中，保持氮气气氛，以750℃～850℃退火，退火时间为1.5小时；退火之后将衬底取出，以氮气枪使其迅速降温冷却；然后将其分别放入三氯乙烯、丙酮、乙醇、去离子水中，以超声清洗机清洗20分钟；再将其以去离子水清洗三次；最后，将清洗过的衬底以氮气枪吹干。其中，本发明采用的p-ingan衬底的尺寸为3cm*2.5cm。

步骤(2)所述p-ingan衬底ni/au电极的制备：用掩模板将p-ingan衬底覆盖住一部分，利用电子束蒸镀仪，在衬底上蒸镀ni和au金属，在裸露部分就可以得到ni/au电极，电极厚度为20～40nm。所制备的ni/au电极与p-ingan衬底间为欧姆接触，作为异质结发光二极管的阳极。

步骤(3)所述石英衬底和蓝宝石衬底的清洗方法：将蓝宝石衬底放入干净的烧杯中，分别以三氯乙烯、丙酮、乙醇、去离子水超声清洗20分钟；再以去离子水将其清洗三次；最后用氮气枪将其吹干。本发明所采用的蓝宝石衬底的尺寸为2.5cm*1.5cm，石英衬底的尺寸为5cm*3cm。

步骤(4)所述低维高亮绿光发射二极管的构筑方法：在光学显微镜下，将清洗好的p-ingan衬底和蓝宝石衬底放在石英衬底上，两者厚度相同，2.5cm的边相互接触，形成一个(1.5+3)cm*2.5cm*0.4mm的长方体。取一根结晶质量良好的n-zno:ga微米线，横跨在p-ingan衬底和蓝宝石衬底上，保证n-zno:ga微米线和ni/au电极不接触，再取一块in电极，按压在蓝宝石一测的微米线上，作为异质结发光二极管的阴极。本发明采用的in电极的尺寸为2mm*2mm*1mm。

本发明的有益效果为构筑低维ingan基异质结二极管，当施加电压时，出现了明显的绿光发射。本发明通过采用载流子浓度高的n-zno:ga微米线，实现了p-ingan基低维、高亮、稳定的绿光二极管制作。

附图说明

图1为本发明低维高亮绿光发射ingan基异质结二极管的结构示意图，(a)ni/au电极；(b)p-ingan衬底；(c)蓝宝石衬底；(d)in电极；(e)n-zno:ga微米线；(f)石英衬底。

图2为本发明低维高亮绿光发射ingan基异质结二极管的整流特性曲线。

图3为本发明低维高亮绿光发射ingan基异质结二极管暗场下整个发光平台图片。

图4为本发明低维高亮绿光发射ingan基异质结二极管微区显微镜下发光图片。

图5为本发明低维高亮绿光发射ingan基异质结二极管发光光谱。

具体实施方式

所述低维高亮绿光发射ingan基异质结二极管中，所采用p-ingan衬底的尺寸为3cm*2.5cm，厚度为390～410μm，载流子浓度为10¹⁷，禁带宽度为2.30ev；所蒸镀的ni/au电极厚度为20～40nm；所述n-zno:ga微米线的直径为10μm，电子浓度为10¹⁷～10¹⁹/cm³，电子迁移率为5～100cm²/v·s；采用蓝宝石衬底的尺寸为2.5cm*1.5cm，厚度为390～410μm；采用石英衬底的尺寸为5cm*3cm，厚度为1mm；采用的in电极尺寸为2mm*2mm*1mm。

实施例1：

第一步：将p-ingan衬底放入干净的石英舟中，置入高温管式炉，向管式炉预先通入30分钟氮气，保持氮气气氛，之后以800℃退火1.5小时，退火完毕将衬底从管式炉中取出后，迅速以氮气枪将其冷却降温。之后将衬底分别以三氯乙烯、丙酮、乙醇和去离子水超声清洗20分钟，再用去离子水清洗三次。最后将清洗好的衬底以氮气枪吹干保持其平整干燥，放入干燥柜中备用。

第二步：将清洗好的p-ingan衬底用掩模板盖住一部分(2.5cm*2.5cm)，放入电子束蒸镀仪中，分别蒸镀ni金属和au金属，形成厚度30nm的ni/au电极，作为异质结发光二极管的阳极。测试蒸镀的电极与衬底之间的导电特性，确定其为欧姆接触。最后将其放入干燥柜中备用。

第三步：取一块蓝宝石衬底，将其裁成2.5cm*1.5cm，将其放入干净的玻璃烧杯中，分别以三氯乙烯、丙酮、乙醇和去离子水将其超声清洗20分钟，再以去离子水清洗三次，用氮气枪将其吹干，放入干燥柜中备用；并以相同的步骤处理尺寸为5cm*3cm的石英衬底。

第四步：取一片经过处理的p-ingan衬底和蓝宝石衬底，放于石英衬底上，在光学显微镜下以pmma固定，保持两者对齐等高。取一根结晶质量完好的n-zno:ga微米线，横跨在p-ingan衬底和蓝宝石衬底上，确保微米线和ni/au电极不接触。取一块in电极，按压在蓝宝石衬底部分n-zno:ga微米线上，作为二极管的阴极，同时要确保in电极和p-ingan衬底不接触，即可制备低维高亮绿光发射ingan基异质结二极管。

第五步：测量第四步制备发光二极管的整流特性，拍摄发光照片、视频，测量发光光谱，如图2、3、4、5所示。可以看到，异质结出现完美的整流特性，随着注入电流的增加，异质结微米线上出现明显的绿光发射，在暗场下，绿光清晰可见。从光谱可以看出，此绿光的中心波长为538nm。本发明实现了低维高亮绿光发射ingan基异质结二极管的制备。

需要说明的是上述实施例仅仅是本发明的较佳实施例，并没有用来限定本发明的保护范围，在上述基础上做出的等同替换或者替代均属于本发明的保护范围。