[发明专利]基于纳米图形的蓝绿量子点发光二极管及制备方法

说明书

本发明公开了一种基于纳米图形的蓝绿量子点发光二极管及制备方法，主要解决现有蓝绿量子点发光二极管电荷传输效率低，表面缺陷多的问题。其自下而上包括：衬底层(1)、n型GaN层(2)、In_xGa_1‑xN单量子点层(3)和p型GaN层(4)，该n型GaN层上设有直径为20‑200nm，高度为3‑30nm，且分布均匀的纳米图形，该In_xGa_1‑xN单量子点层位于纳米图形上。本发明与传统量子点发光二极管相比，使用氧化硅纳米球阵列为掩模，通过ICP蚀刻技术得到均匀分布的纳米图形，在纳米图形上直接生长量子点，提高了电荷传输效率，降低了表面位错，能得到高效的蓝绿量子点发光二极管，可用于蓝绿光发光设备中。

技术领域

本发明属于半导体技术领域，特别涉及一种量子点发光二极管，可用于蓝绿光发光设备中。

背景技术

由于尺寸效应、量子限域效应、宏观量子隧道效应和表面效应等独特的量子效应，量子点展现出许多不同于宏观体材料的物理化学性质，在非线性光学、磁介质、催化、医学及功能材料等方面具有极为广阔的应用前景。特别是半导体量子点因其在单电子器件、存储器以及各种光电器件等方面的应用，使其生长和性质成为当今研究的热点。

在半导体量子点器件中，蓝绿量子点发光二极管作为常见的光电器件，其结构通常包括衬底、电子传导层、量子点发光层和空穴传导层，其中量子点发光层常为通过化学溶液得到的胶状量子点，由于胶状量子点中有机体的存在使得电荷传输效率低，能级不易控制，且表面缺陷多，严重影响了发光二极管的光电性能。

发明内容

本发明的目的在于针对传统蓝绿量子点发光二极管的不足，提出一种基于纳米图形的蓝绿量子点发光二极管及制备方法，以提高量子点发光层的电荷传输效率，减少表面缺陷，获得到高效的蓝绿量子点发光二极管。

为实现上述目的，本发明的基于纳米图形的蓝绿量子点发光二极管，自下而上包括：衬底层、n型GaN层、InxGa1-xN单量子点层和p型GaN层，其特征在于：在n型GaN层上设有直径为20-200nm、高度为3-30nm，且分布均匀的纳米图形，In_xGa_1-xN单量子点层位于纳米图形上，以提高量子点的电荷传输效率，减少表面位错密度。

作为优选，所述的In_xGa_1-xN单量子点层，厚度为5-50nm，In含量x的调整范围为0.15-0.5。

作为优选，所述的p型GaN层的厚度为100-400nm，掺杂浓度为5×10¹⁷cm^-1-5×10¹⁸cm^-1。

作为优选，所述的纳米图形的n型GaN结构的厚度为2000-4000nm，掺杂浓度调整范围为6×10¹⁷cm^-1-6×10¹⁸cm^-1。

作为优选，所述的衬底层采用蓝宝石或硅或碳化硅。

为实现上述目的，本发明基于纳米图形的蓝绿量子点发光二极管的制备方法，包括如下步骤：

1)在MOCVD反应炉中，对衬底进行加热预处理，加热温度为1100-1300℃；

2)在预处理后的衬底上利用MOCVD设备生长2000-4000nm的n型GaN层；

3)在n型GaN层上使用提拉法或者旋转涂布法得到表面带有纳米球阵列的n型GaN层，纳米球的直径为20-200nm，纳米球溶液浓度为5％-15％；

4)在表面带有纳米球阵列的n型GaN层上利用ICP蚀刻技术得到带有纳米图形的n型GaN层，其中蚀刻厚度为3-30nm，刻蚀之后在去胶液和配置的HF酸溶液中将纳米球清洗掉；