[发明专利]一种n-氧化锌/p-氧化镍异质pn结紫外激光二极管及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种n-氧化锌/p-氧化镍异质pn结紫外激光二极管及其制备方法，属于纳米材料和光电子器件领域。 

背景技术

氧化锌(ZnO)是一种新型的II-VI族直接带隙宽禁带半导体材料。ZnO的禁带宽度在室温为3.37eV，发射波长相当于近紫外光波长(370nm)，非常适合用于制作短波长发光与光敏器件。ZnO无论在晶格结构、晶胞参数还是在禁带宽度上都与GaN相似，且具有比GaN更高的熔点和更大的激子束缚能，又具有较低的光致发光和受激辐射的阈值以及良好的机电耦合特性、热稳定性和化学稳定性。因而在蓝紫光发光二极管、激光器及其相关光电器件方面的应用有巨大的潜力。ZnO被认为是GaN理想的替代材料。随着纳米材料的一些独特的特性被发现以来，ZnO的低维纳米结构也期望具有多晶薄膜及体单晶所不拥有的物理及化学性质。已报道的(Sheng Chu，Mario Olmedo，Zheng Yang，Jieying Kong，and Jianlin Liu，Electrically pumped ultraviolet ZnO diode lasers on Si，APPLIED PHYSICSLETTERS 93，181106_2008_)ZnO同质结紫外激射二极管需要做多层量子阱结构，而且所用p-ZnO迁移率较低、稳定性较差。发展结构简单、成本低廉、光增益高的紫外激光二极管具有重要的应用价值。 

发明内容

为提高传统的紫外发光二极管的性能，本发明提供了一种n-氧化锌/p-氧化镍异质pn结紫外激光二极管及其制备方法。这种n-氧化锌(n-ZnO)/p-氧化镍(p-NiO)异质pn结二极管具有较低的正向开启电压和大的正向电流密度，以及较好的整流特性和发光性能，所发光波长在375±3nm，线宽在1nm以下。 

本发明提供的技术方案为：一种n-氧化锌/p-氧化镍异质pn结紫外激光二极管，至少包括pn结、衬底和欧姆接触电极，pn结是在n型氧化锌薄膜上镀有p型氧化镍薄膜的异质pn结；衬底为生长在蓝宝石上的n型氮化镓。 

且该异质pn结紫外激光二极管在电致激励作用下，发出波长在375±3纳米的紫外激光，线宽小于1纳米。紫外激光为法布里-珀罗(Fabry-Perot)共振紫外激 光。 

本发明还提供了该n-氧化锌/p-氧化镍异质pn结紫外激光二极管的制备方法，其具体步骤是首先用射频磁控溅射工艺在衬底上制备n型ZnO薄膜层，衬底为生长在蓝宝石上的n型氮化镓；然后在n型ZnO薄膜层上溅射p型NiO薄膜层形成异质pn结；最后采用溅射法或热蒸发法制作pn结电极；其中，NiO表面溅射金电极或铂电极或镍铂电极或ITO电极，在GaN或在ZnO边缘镀上铟电极或铝电极或金电极；电极通过后退火合金化形成欧姆接触。 

其中用射频磁控溅射工艺在衬底上制备n型ZnO薄膜层的具体步骤是首先用半导体工艺清洗衬底；然后用射频磁控溅射工艺制成，射频磁控溅射工艺条件为：靶材是ZnO陶瓷靶，溅射时本底真空度大于10^-3Pa，衬底温度为100～400℃，沉积时气压为0.5～5Pa、相对氧分压O₂/(O₂+Ar)＝15～40％、溅射功率80～150W、溅射时间为15～40分钟。 

在n型ZnO薄膜层上溅射p型NiO薄膜层形成异质pn结是采用Ni金属靶，在相对氧分压O₂/(O₂+Ar)＝50～70％、溅射前的腔体本底真空度大于5×10^-4Pa、溅射气压为0.5～1.5Pa，溅射功率100～250W的条件下，在n型ZnO上溅射镀NiO膜，镀膜时间为30～80min，衬底温度为150～400℃。 

由上述技术方案可知，本发明利用ZnO纳米薄膜，与p-NiO薄膜复合形成了异质pn结结构。通过对ZnO薄膜生长、NiO薄膜制备等条件的控制、pn结结构的优化等，提高了异质pn结性能，尤其使其在紫外发光、光敏方面的性能得到提高.充分发挥在GaN衬底上生长高质量ZnO薄膜的优势，提高ZnO异质结的发光性能。这种异质pn结二极管具有较好的电致紫外激射发光特性，发光峰值波长在375nm左右，且制备工艺简单、成本低廉。 

附图说明

图1是本发明实施例1、实施例3和实施例4的结构示意图； 

图2是实施例1的发光光谱图； 

图3是实施例2是结构示意图； 

图4是实施例2的发光光谱图； 

图5是实施例3的发光光谱图；