氧化锌基白光LED及其制备方法技术

本发明专利技术涉及发光LED技术领域，尤其涉及一种氧化锌基白光LED及其制备方法。所述方法为：以高纯氧气作为生长气体，在具有蓝色电致发光特性的p-GaN衬底上生长n-ZnO层，形成p-GaN/n-ZnO异质结；并在制备所述异质结的过程中，通过控制高纯氧气压强及生长温度的方式，使异质结的界面形成Ga、Zn、O互混的界面层，并使该界面层获得黄色电致发光特性，从而使该界面层与p-GaN衬底发出的光可混合为白光；分别在p-GaN衬底及n-ZnO层上制备电极，完成氧化锌基白光LED的制备。与现有技术相比，本发明专利技术在生长过程中一次性完成发光LED的制备，有效简化了发光LED制备工艺，对生长材料要求不高，是制备ZnO基异质结白光LED的可行方法，符合半导体照明光源技术的发展方向。

【技术实现步骤摘要】
氧化锌基白光LED及其制备方法
本专利技术涉及发光LED
，尤其涉及一种氧化锌基白光LED及其制备方法。
技术介绍
半导体照明具有节能、环保、尺寸小、使用寿命长、易维护等显著优点，能够应用在各种彩色和白光照明领域，是一种替代白炽灯和荧光灯的理想固态冷光源。而半导体照明光源是以半导体材料为核心的发光LED，其中以GaN为代表的短波长半导体发光二极管由于具有更宽的禁带，可以发射比红光更短波长的蓝光，而高亮度的蓝光二极管结合黄光荧光粉制备的白光二极管，由于其低能耗、高亮度等诸多优点在白光照明产业上已经显示出了巨大潜力。然而这种白光合成技术由于荧光粉的影响使得效率受到限制，同时还存在制备工艺复杂、工作电压高、成本难以降低等缺点。因而研制性能稳定、低成本、低功耗的半导体照明光源仍是今后发展的方向。人们发现具有与GaN类似的晶体结构与物理性质的ZnO具有很高的激子束缚能(60meV)，发射波长更短，因而理论上会在室温下获得高效的紫外激子发光和激光，同时ZnO具有很高的热稳定性和化学稳定性，较GaN半导体材料的制备温度低很多，可以大大减少高温制备所产生的缺陷。另外，ZnO原材料资源丰富、价格便宜，对环境无毒无害，制备方法简单，具有潜在的巨大商用价值。目前已经成为继GaN之后短波长半导体发光和激光发光LED、半导体照明光源领域中国际上新的研究热点。然而，由于高性能、稳定的P型ZnO材料难以实现,人们尝试通过ZnO基的异质结的手段来实现ZnO的电致发光。在这些众多的异质结发光LED中，GaN由于与ZnO同为纤维锌矿结构，其晶格和ZnO相比失配仅为1.8% (相对蓝宝石衬底小了一个数量级)，并且GaN的P型掺杂工艺已经成熟，因此采用n-ZnO/p-GaN异质结引起人们极大的兴趣。早期对于ρ-GaN/n-ZnO异质结发光二极管的研究主要集中在如何利用ZnO的带边发射，并期待实现电泵浦近紫外发光。近年来，由于GaN基发光二极管在半导体照明领域发展迅速，在未来十年甚至将逐步取代传统照明源，成为节能环保的新型光源，因此新型白光LED目前成为一个研究热点。研究发现，在本征ZnO材料的室温PL谱中，除了来自带边的紫外激子发射夕卜，通常还存在一个宽波段的可见发射，因而对于ρ-GaN/n-ZnO异质结构，可以通过调节生长工艺和结构设计得到来自pn结两侧不同波段的发光，实现P-GaN中的蓝光和n-ZnO中本征缺陷的黄光带复合形成白光。2009年,东北师范大学的Zhao等人通过在ρ-GaN/n-ZnO异质结构中插入不同厚度的1-ΖηΟ并调节注入电流，实现了对异质结电致发光谱中蓝紫光和黄光带强度比的有效控制。J.Y.Lee等人在n-ZnO/p-GaN异质结结构上，利用高温热氧化工艺获得了高注入效率的白光LED。2011年，台湾大学的Chen等人通过结构设计和退火工艺在反向偏压下制备出了 ρ-GaN/n-ZnO异质结白光二极管。而Willander等人在p-GaN衬底上制备了不同形貌的n-ZnO纳米线阵列，并构成ρ-GaN/n-ZnO异质结,也获得了白光异质结二极管。2012年，武汉大学报道了在n-ZnO/p-GaN异质结中，通过插入半绝缘的i_Hf02作为限制层，对注入到有源层的载流子进行控制，利用ZnO丰富的可见发光实现对发光的调制，获得了室温的白光发射。上述这些工作的意义在于揭示了利用ZnO基异质结发光LED实现白光的技术不同于传统的白光合成方法，不需要激发荧光粉获得黄光，避免了复杂的制备工艺，有利于效率的提高和降低成本、减少功耗，因此属于新型的白光制备技术。但是应该看到，这些技术要么通过插入绝缘有源层或者限制层，要么利用后期高温氧化工艺，实现对缺陷或界面态的调控，具有结构复杂和控制困难的缺点。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是:提出一种氧化锌基白光LED及其制备方法，以解决现有技术制备白光LED存在制备工艺复杂，控制困难的不足。本专利技术是这样实现的:一种氧化锌基白光LED的制备方法，其制备方法是:以高纯氧气作为生长气体，在具有蓝色电致发光特性的P-GaN衬底上生长n_ZnO层，形成ρ-GaN/n-ZnO异质结；并在制备所述异质结的过程中，通过控制高纯氧气压强及生长温度的方式，使异质结的界面形成Ga、Zn、O互混的界面层，并使该界面层获得黄色电致发光特性，从而使该界面层与P-GaN衬底发出的光可混合为白光；分别在p-GaN衬底及n_ZnO层上制备电极，完成氧化锌基白光LED的制备。进一步地，所述p-GaN衬底掺有镁。进一步地，所述高纯氧气的压强为l_3Pa，生长温度为500-700°C。进一步地，在ρ-GaN衬底上制备电极的方法为:通过真空蒸镀法在p_GaN衬底上制备N1-Au电极。进一步地，在n-ZnO层上制备电极的方法为:通过真空烧结法在n_ZnO层上制备In电极。一种氧化锌基白光LED，包括:p_GaN衬底及其电极、n-ZnO层及其电极；所述p-GaN衬底与n-ZnO层之间形成ρ-GaN/n-ZnO异质结,所述异质结的界面层为Ga、Zn、O互混的界面层，具有黄色电致发光特性；所述P-GaN衬底具有蓝色电致发光特性；所述界面层与p-GaN衬底可复合发光,混合产生白光。进一步地，所述P-GaN衬底掺有镁。进一步地,所述p-GaN衬底的电极为N1-Au电极。进一步地,所述n-ZnO层的电极为In电极。与现有技术相比，本专利技术利用在生长过程中的高氧条件，通过控制氧气压强和生长温度的方式，在具有蓝光电致发光特性的P-GaN衬底表面形成Ga、Zn、0互混的界面层，利用界面层获得黄光，从而与ρ-GaN衬底的蓝光合成白光。本专利技术在生长过程中一次性完成发光LED的制备，有效简化了发光LED制备工艺，对生长材料要求不高，是制备ZnO基异质结白光LED的可行方法，符合半导体照明光源技术的发展方向。【附图说明】图1:本专利技术实施例1提供的ρ-GaN/n-ZnO异质结发光LED结构示意图；图2a:在氧气压强为0.6Pa的条件下制备的LED中ρ-GaN电极的1-V特性曲线；图2b:在氧气压强为0.6Pa的条件下制备的上述ρ-GaN/n-ZnO异质结发光LED中异质结的1-V特性曲线；图3a:在氧气压强为2Pa的条件下制备的LED中ρ-GaN电极的1-V特性曲线；图3b:在氧气压强为2Pa的条件下制备的上述ρ-GaN/n-ZnO异质结发光LED中异质结的1-V特性曲线；图4:氧气压强为0.6Pa时上述ρ-GaN/n-ZnO异质结发光LED中异质结室温EL光谱以及n-ZnO和p-GaN的室温PL光谱；图5:氧气压强为2Pa时上述ρ-GaN/n-ZnO异质结发光LED中异质结室温EL光谱以及n-ZnO和p-GaN的室温PL光谱；图6:本专利技术实施例2提供的p-GaN/1-ZnO/n-ZnO异质结发光LED结构示意图；图7:生长温度为300°C时制备的ρ-GaN/1-ZnO/n-ZnO异质结发光LED在不同电流激发下的室温EL光谱；图8:生长温度为600°C时制备的ρ-GaN/1-ZnO/n-ZnO异质结发光LED在不同电流激发下的室温EL光谱；图9:生长温度为300°C时制备的ρ-GaN/1-ZnO/n-ZnO异质结发光LED各功能层的室本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氧化锌基白光LED的制备方法，其特征在于，其制备方法是：以高纯氧气作为生长气体，在具有蓝色电致发光特性的p‑GaN衬底上生长n‑ZnO层，形成p‑GaN/n‑ZnO异质结；并在制备所述异质结的过程中，通过控制高纯氧气压强及生长温度的方式，使异质结的界面形成Ga、Zn、O互混的界面层，并使该界面层获得黄色电致发光特性，从而使该界面层与p‑GaN衬底发出的光可混合为白光；分别在p‑GaN衬底及n‑ZnO层上制备电极，完成氧化锌基白光LED的制备。

【技术特征摘要】
1.一种氧化锌基白光LED的制备方法，其特征在于，其制备方法是: 以高纯氧气作为生长气体，在具有蓝色电致发光特性的P-GaN衬底上生长n-ZnO层，形成p-GaN/n-ZnO异质结；并在制备所述异质结的过程中，通过控制高纯氧气压强及生长温度的方式，使异质结的界面形成Ga、Zn、O互混的界面层，并使该界面层获得黄色电致发光特性，从而使该界面层与P-GaN衬底发出的光可混合为白光； 分别在P-GaN衬底及n-ZnO层上制备电极，完成氧化锌基白光LED的制备。2.如权利要求1所述的氧化锌基白光LED的制备方法，其特征在于，所述ρ-GaN衬底掺有镁。3.如权利要求1所述的氧化锌基白光LED的制备方法，其特征在于，所述高纯氧气的压强为l_3Pa，生长温度为500-700°C。4.如权利要求1所述的氧化锌基白光LED的制备方法，其特征在于，在ρ-GaN衬底上制备电极...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕有明，曹培江，韩舜，朱德亮，柳文军，贾芳，曾玉祥，曾华，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东;44