[发明专利]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

说明书

技术领域

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

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。 

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。 

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

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。 

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。 

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。 

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。 

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。 

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： 

（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。 

优选地，步骤（1）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（1）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。 

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%。 

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。 

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）。