单根Rh@ZnO微米线异质结紫外增强发光二极管及其制备方法和应用与流程

本发明涉及一种单根rh@zno微米线异质结紫外增强发光二极管及其制备方法和应用，属于半导体光电子器件技术领域。

背景技术：

半导体紫外光源在照明、杀菌、医疗、生化检测、高密度的信息储存和保密通讯等领域具有重大应用价值。氧化锌(zno)作为一种重要的ii–vi族半导体材料，由于其较宽的禁带宽度(～3.7ev)及相对较高的激子束缚能(60mev)，以及结晶质量高，完美的光学谐振腔，在紫外发光二极管和激光二极管等方面具有广泛应用。然而，由于zno材料本身存在大量锌填隙和氧空位缺陷，p型掺杂比较困难，且载流子的有效注入率低，稳定性差，因此发光效率较低。故亟需一种可提高电子的有效注入，实现紫外增强发光二极管及其制备方法和应用。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，本发明提供一种单根rh@zno微米线异质结紫外增强发光二极管，该发光二极管的n-rh@zno单根微米线与p-gan衬底形成有效的异质结结构，异质结的i-v特性显示整流二极管的特性，在正向偏压下，单根rh@zno微米线异质结呈现出高效稳定的紫外发光，实现了增强紫外发光二极管，促进了led在紫外光源领域的应用。

同时，本发明提供一种单根rh@zno微米线异质结紫外增强发光二极管的制备方法，该法选用p-gan作为p型衬底，p型衬底与zno材料构建了有效的异质结结构，同时，利用金属rh纳米结构优越的紫外表面等离激元近场增强特性和场的局域性，通过旋涂紫外rh纳米颗粒在zno表面构筑一维增强谐振腔，提高电子的有效注入，实现紫外增强发光二极管的构筑。

同时，本发明提供一种单根rh@zno微米线异质结紫外增强发光二极管在发光器件、光探测和生物传感中的应用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

单根rh@zno微米线异质结紫外增强发光二极管，包括p-gan衬底，所述p-gan衬底的上表面一侧蒸镀ni/au电极，所述p-gan衬底的上表面另一侧放置有n-rh@zno单根微米线，所述n-rh@zno单根微米线的上表面覆盖有ito导电电极。

优选地，所述n-rh@zno单根微米线中的zno微米线表面旋涂有紫外rh纳米颗粒。

进一步优选地，所述zno微米线为结晶质量完好的六边形zno微米线；所述紫外rh纳米颗粒为lspr吸收峰为370nm的rh纳米颗粒。

优选地，所述p-gan衬底的长，宽，高分别为1.9-2.0cm，1.7～1.8cm和2～10μm；所述ito导电电极的长和宽为1.0～1.2cm和1.7～1.8cm；所述ni/au电极的厚度为30～50nm，所述ni/au电极与所述p-gan衬底之间形成欧姆接触；所述n-rh@zno单根微米线的长度为0.8～1.0cm。

单根rh@zno微米线异质结紫外增强发光二极管的制备方法，包括以下步骤：

s01，对所述p-gan衬底进行退火、清洗，保证其干净平整；

s02，在所述p-gan衬底一侧制备所述ni/au电极；

s03，制备所述n-rh@zno单根微米线；

s04，清洗所述ito导电电极，保持干净平整；

s05，在s02中得到的所述p-gan衬底上放置s03中得到的所述n-rh@zno单根微米线，再在所述n-rh@zno单根微米线上面放置清洗后的所述ito导电电极并固定，形成p-gan/n-rh@zno异质结结构，即实现单根rh@zno微米线异质结紫外增强发光二极管的构筑。

优选地，s01中，首先将所述p-gan衬底置于750～850℃高温炉中退火2～2.5h；然后分别用丙酮、乙醇、去离子水多次清洗，烘干后备用。

优选地，s02中，用掩模板覆盖所述p-gan衬底的大部分，利用电子束蒸镀法，在所述p-gan衬底的裸露端正面蒸镀所述ni/au电极。

优选地，s03中，将lspr吸收峰为370nm的rh纳米颗粒旋涂在一根结晶质量完好的六边形n-zno微米线表面，然后放置在100～120℃烘箱中加热1～1.5h，让rh纳米颗粒和n-zno微米线充分结合，即制备出n-rh@zno微米线复合结构，其中，rh纳米颗粒的浓度为0.1～0.2g/ml，溶剂为酒精。用吸收光谱来衡量，对应的吸收峰值为0.8-0.1(a.u.)。

优选地，所述p-gan衬底的空穴浓度为1.4×10¹⁹～2.0×10¹⁹/cm³，空穴迁移率为10～100cm²/v·s；所述n-zno微米线的电子浓度为1×10¹⁷～1×10¹⁹/cm³，电子迁移率为5～100cm²/v·s。

单根rh@zno微米线异质结紫外增强发光二极管在发光器件、光探测和生物传感中的应用。

本发明具有如下有益效果：

1、本发明通过高结晶质量的单根n-zno微米线与p-gan形成有效的异质结结构，利用金属rh独特的紫外表面等离激元特性，将光子能量最大范围限域在纳米尺度的微结构中，实现光子能量的长程传输和电子的有效注入，从而构筑rh@zno微米线异质结紫外增强发光二极管。

2、本发明中，ni/au电极与p-gan衬底形成欧姆接触，作为异质结的阳极；ito导电电极与n-rh@zno单根微米线形成良好接触，作为异质结的阴极，从而实现了rh@zno微米线异质结紫外增强发光二极管的构筑。

3、本发明通过设计rh@zno复合结构并构筑n-rh@zno/p-gan异质结结构，在正向偏压情况，出现了明显的紫外增强。本发明通过旋涂本身具有紫外表面等离激元特性的金属rh纳米颗粒，利用rh紫外表面等离激元共振特性，极大改善且提高了zno微米线异质结基紫外发光问题，实现了单根zno微米线基异质结紫外增强发光二极管的构筑。

附图说明

图1为本发明单根rh@zno微米线异质结紫外增强发光二极管的结构示意图；

图2为本发明单根rh@zno微米线异质结紫外增强发光二极管的i-v特性曲线；

图3为对比例n-zno/p-gan异质结(a)与本发明n-rh@zno/p-gan异质结(b)的发光照片；

图4为对比例n-zno/p-gan异质结与本发明n-rh@zno/p-gan异质结在同一注入电流(1.2ma)下的发光光谱对比图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清晰，以下结合附图及实施例对本发明进行进一步详细说明。此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1：

如图1所示，单根rh@zno微米线异质结紫外增强发光二极管，采用p-gan衬底1，尺寸为1.9×1.7cm，厚度为2～10um，空穴浓度为1.4×10¹⁹～2.0×10¹⁹/cm³，空穴迁移率为10～100cm²/v·s；p-gan衬底1上ni/au电极3厚度为36nm；n-zno微米线的电子浓度为1×10¹⁷～1×10¹⁹/cm³，电子迁移率为5～100cm²/v·s；n-zno微米线的长度为0.8cm，采用的rh纳米颗粒浓度为0.15g/ml，ito导电电极4的尺寸为1.0cm×1.7cm。

具体地，本实施例的单根rh@zno微米线异质结紫外增强发光二极管包括p-gan衬底1，所述p-gan衬底1的上表面一侧蒸镀ni/au电极3，所述p-gan衬底1的上表面另一侧放置有n-rh@zno单根微米线2，所述n-rh@zno单根微米线2的上表面覆盖有ito导电电极4。

所述n-rh@zno单根微米线2中的zno微米线表面旋涂有紫外rh纳米颗粒。

所述zno微米线为结晶质量完好的六边形zno微米线；所述紫外rh纳米颗粒为lspr吸收峰为370nm的rh纳米颗粒。

实施例2：

单根rh@zno微米线异质结紫外增强发光二极管的制备方法，包括以下步骤：

s01，对所述p-gan衬底1进行退火、清洗，保证其干净平整；

s02，在所述p-gan衬底1一侧制备所述ni/au电极3；

s03，制备所述n-rh@zno单根微米线2；

s04，清洗所述ito导电电极4，保持干净平整；

s05，在s02中得到的所述p-gan衬底1上放置s03中得到的所述n-rh@zno单根微米线2，再在所述n-rh@zno单根微米线2上面放置清洗后的所述ito导电电极4并固定，形成p-gan/n-rh@zno异质结结构，即实现单根rh@zno微米线异质结紫外增强发光二极管的构筑。

s01中，首先将所述p-gan衬底1置于800℃高温炉中退火2h；然后分别用丙酮、乙醇、去离子水多次清洗，烘干后备用。

s02中，用掩模板覆盖所述p-gan衬底1的大部分，只露出一端的一小部分，利用电子束蒸镀法，在所述p-gan衬底1的裸露端正面蒸镀所述ni/au电极3，并对ni/au电极3与p-gan衬底1间的导通状态进行测试，确定为欧姆接触。

s03中，将制备好的rh纳米颗粒清洗干净后分散在酒精中，结合吸收光谱(1a.u.)确定对应浓度(0.15g/ml)后备用，将lspr吸收峰为370nm的rh纳米颗粒旋涂在一根结晶质量完好的六边形n-zno微米线表面(在光学显微镜下选取)，然后放置在100℃烘箱中加热1h，让rh纳米颗粒和n-zno微米线充分结合，即制备出稳定的n-rh@zno微米线复合结构，即n-rh@zno单根微米线2。

s04中，将一整片ito导电电极4切割成多个尺寸为1.0cm×1.7cm的小片，用丙酮、乙醇和去离子水超声清洗多次后烘干备用。

本实施例中，新的ito导电电极4用丙酮、酒精(即乙醇)和去离子水清洗；而用过的ito导电电极4则需要用三氯乙烯、丙酮、乙醇和去离子水超声清洗多次后烘干备用，即旧的ito导电电极4加三氯乙烯清洗效果更好。

s05中，在光学显微镜下操作，用镊子将s03中旋涂rh纳米颗粒后的六边形n-rh@zno单根微米线2转移到p-gan衬底1上，然后将清洗后的ito导电电极4放置在n-rh@zno单根微米线2上并用夹子固定住两端，确保n-rh@zno单根微米线2与p-gan衬底1、n-rh@zno单根微米线2与ito导电电极4之间接触良好，即构筑n-rh@zno/p-gan异质结紫外增强发光二极管。

接下来，重复上述s01、s02步骤，用同样方法制备一个没有旋涂rh纳米颗粒的n-zno/p-gan异质结发光二极管，作为对比例，即对比例为n-zno/p-gan异质结。

研究n-zno/p-gan和n-rh@zno/p-gan两种异质结发光二极管的整流性质，拍摄他们在不同注入电流下的发光视频，测量发光光谱，并对比rh纳米颗粒旋涂前后的发光照片和发光光谱，如图2、3、4所示，随着注入电流的增加，两种异质结二极管的发光强度都有所增加，且旋涂rh纳米颗粒后的n-rh@zno/p-gan异质结紫外增强发光二极管的发光强度明显增强更多，从光谱中可以看出发光中心波长位于392nm，半高宽为34nm，可以看出发光二极管为高效的紫外增强发光二极管。

实施例3：

单根rh@zno微米线异质结紫外增强发光二极管在发光器件、光探测和生物传感中的应用。

实施例4：

本实施例与实施例2的区别仅在于：

单根rh@zno微米线异质结紫外增强发光二极管，采用p-gan衬底1，尺寸为2.0×1.8cm，p-gan衬底1上ni/au电极3厚度为50nm；n-zno微米线的长度为1.0cm，采用的rh纳米颗粒浓度为0.1g/ml，ito导电电极4的尺寸为1.2cm×1.8cm。

单根rh@zno微米线异质结紫外增强发光二极管的制备方法，s01中，首先将所述p-gan衬底1置于750℃高温炉中退火2.5h。s03中，旋涂后放置在120℃烘箱中加热1.5h。

实施例5：

本实施例与实施例2的区别仅在于：

所述ni/au电极2的厚度为30nm，采用的rh纳米颗粒浓度为0.2g/ml。

单根rh@zno微米线异质结紫外增强发光二极管的制备方法，s01中，首先将所述p-gan衬底1置于850℃高温炉中退火2.2h。s03中，旋涂后放置在110℃烘箱中加热1.2h。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。