本发明专利技术属于半导体发光器件及其制备技术领域，涉及两种Cu掺杂ZnO为有源层的ZnO‑GaN組合紫外发光管及其制备方法。器件由衬底、在衬底上外延生长的p型GaN空穴注入层，空穴注入层上制备的n‑ZnO电子注入层和下电极，电子注入层上面制备的上电极等部件构成，其特征在于：在p型GaN空穴注入层和n‑ZnO电子注入层之间还制备有Cu掺杂的ZnO有源层。本发明专利技术可实现ZnO带边的紫外发光，并可比ZnO‑GaN简单组合发光管提高输出功率，进一步拓展器件的应用范围。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于半导体发光器件及其制备
，具体涉及一种。
技术介绍
GaN系材料在固态照明领域和信息领域已经得到广泛的应用。ZnO和GaN的能带间隙和晶格常数十分接近，有相近光电特性。但是，与GaN相比，ZnO具有更高的熔点和激子束缚能(60meV)、外延生长温度低、成本低、容易刻蚀而使加工更容易，可使器件的制备更方便等等。因此，ZnO基发光管研制成功有可能取代或部分取代GaN基光电器件，会有更大的应用前景。特别是最近紫外光发光管在丝网印刷、聚合物固化、环境保护、曝光照明以及军事探测等领域表现出重大应用价值，因此ZnO基紫外发光管会更受到人们的重视。由于未掺杂的ZnO材料往往呈现η型导电，其电子浓度可达5X 117?2 X 1019/cm3(记为n-ZnO)，因此P型ZnO材料很难制备。目前已经报道的一些P型ZnO材料制备技术都还不成熟，于是有人用P-GaN材料和n-ZnO材料组合制备发光器件。Yang，T.P等人在文献“MATERIALS RESEARCH BULLETIN，43(12):3614_3620(2008)”就报道了一种ρ-GaN和n_ZnO简单组合的发光管，这种器件结构如图1所示，由Al2O3衬底I，衬底I上外延生长的P型GaN空穴注入层2，空穴注入层2上制备的相互分立的n-ZnO电子注入层3和下电极5，电子注入层3上面制备的上电极4等部件构成。由于载流子是在ρ-GaN/n-ZnO结处复合发光的，所以这样的发光管在结附近的P-GaN侧和n-ZnO侧都会有载流子复合发光。而从目前所能制备的材料来看，n-ZnO的载流子(电子)的浓度和迀移率都比P-GaN的载流子(空穴)的浓度和迀移率高，导致载流子在p-GaN侧复合较多，发光较强，而目前掺杂浓度较高的P-GaN材料光致发光和电致发光峰值大约在450nm的可见光区。这样使得p_GaN和η_Ζη0简单组合的发光管发光谱较宽，主要发光峰不在ZnO带边的紫外光区，且输出功率低，这种结构发光管的电注入发光光谱见图4。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述p-GaN和n-ZnO简单组合发光管的这一困难，提供一种。本专利技术的技术方案是:本专利技术所设计的Cu掺杂ZnO为有源层的ZnO-GaN组合紫外发光管(见附图2和【附图说明】)，依次由Al2O3衬底1、衬底I上表面外延生长的P型GaN空穴注入层2、空穴注入层2上表面制备的相互分立的n-ZnO电子注入层3和下电极5、电子注入层3上表面制备的上电极4构成，其特征在于:在空穴注入层2和n-ZnO电子注入层3之间还制备有Cu掺杂的ZnO有源层6。进一步地为了简化工艺，降低成本，增加有效发光面积，本专利技术又提出一种垂直结构的Cu掺杂ZnO为有源层的ZnO-GaN组合紫外发光管(见附图3和【附图说明】)，依次由衬底1、衬底I上表面外延生长的P型GaN空穴注入层2、空穴注入层2上表面制备的n-ZnO电子注入层3、电子注入层3上表面制备的上电极4、衬底I下表面制备的下电极5构成，其特征在于:在空穴注入层2和n-ZnO电子注入层3之间还制备有Cu掺杂的ZnO有源层6，衬底I为导电的P型Si单晶衬底。本专利技术所述的Cu掺杂ZnO为有源层的ZnO-GaN组合紫外发光管的制备方法，其特征在于:P型GaN空穴注入层2，Cu掺杂ZnO有源层6和n-ZnO电子注入层3均使用MOCVD(金属有机气相沉积)方法进行制备，具体步骤如下:A.采用目前已经公开的专利技术，如采用CN200610072230.4专利技术在Al2O3衬底I上用MOCVD工艺外延生长I?10微米的P型(如掺Mg)GaN空穴注入层2，载流子(空穴)浓度为2X1017?2X1018/cm3;B.采用MOCVD方法，特别是用中国专利02100436.6和ZL200410011164.0所述的ZnO薄膜专用生长MOCVD设备在P型GaN空穴注入层2上表面依次生长高阻Cu掺杂ZnO有源层6和未掺杂的n-ZnO电子注入层3，有源层6的厚度为100?lOOOnm，其载流子(电子)浓度为2 X115?1.5X 11Vcm3，电阻率为10?500 Ω.cm;n_ZnO电子注入层3的厚度为300?2000nm，其载流子(电子)浓度为5 X 117?2 X 11Vcm3;C.然后光刻和刻蚀去掉部分Cu掺杂ZnO有源层6和n-ZnO电子注入层3露出一定面积的P型GaN空穴注入层2，在露出的P型GaN空穴注入层2上表面部分区域用热蒸发台或电子束蒸发台蒸镀金属制备下电极5，下电极5和Cu掺杂ZnO有源层6间相互分立；D.最后用热蒸发台或电子束蒸发台在ZnO电子注入层3上表面部分区域蒸镀金属制备上电极4，ZnO电子注入层3上表面没有上电极4的区域为出光窗口；再在惰性气体保护下，上、下电极合金退火，退火温度为300?4500C，退火时间为2?5分钟，从而制备得到本专利技术所述的Cu掺杂ZnO为有源层的ZnO-GaN组合紫外发光管。上、下电极材料可用Au、Ni_Au、T1-Au、Zn-Au或Pt-Au等合金材料中的一种，其厚度为100?600纳米。本专利技术所述的一种垂直结构的Cu掺杂ZnO为有源层的ZnO-GaN组合紫外发光管的制备方法，其步骤如下:A.采用目前已经公开的专利技术，如采用CN200610072230.4专利技术在p型Si单晶衬底I上用MOCVD工艺外延生长I?10微米的P型(如掺Mg)GaN空穴注入层2，载流子(空穴)浓度为2 X 117?2 X 11Vcm3 ；B.采用MOCVD方法，特别是中国专利02100436.6和ZL200410011164.0所述的ZnO薄膜专用生长MOCVD设备在P型GaN空穴注入层2上表面依次生长高阻Cu掺杂ZnO有源层6和未掺杂的n-ZnO电子注入层3，有源层6的厚度为100?lOOOnm，其载流子(电子)浓度为2 X 115?1.5X1017/cm3，电阻率为10?500Ω.cm;n_Zn0电子注入层3的厚度为300?2000nm，其载流子(电子)浓度为5 X 117?2 X 11Vcm3;C.用热蒸发台或电子束蒸发台在n-ZnO电子注入层3上表面的部分区域蒸镀金属制备上电极4;D.将P型Si单晶衬底I减薄至60?150微米，再在衬底I的下表面用热蒸发台或电子束蒸发台蒸镀金属制备下电极5，然后在惰性气体保护下，上、下电极合金退火，退火温度为300?450°C，退火时间为2?5分钟，从而制备得到一种垂直结构的Cu掺杂ZnO为有源层的ZnO-GaN组合紫外发光管；上、下电极材料可用Au、Al、Ni_Au、T1-Au、Zn-Au或Pt-Au等合金材料中的一种，其厚度为100?600纳米。本专利技术的效果和益处是:本专利技术制备的Cu掺杂ZnO为有源层的ZnO-GaN组合紫外发光管以及垂直结构的Cu掺杂ZnO为有源层的ZnO-GaN组合紫外发光管是一种P-1-N结构，由于Cu掺杂ZnO有源层6的载流子浓度低于P型GaN空穴注入层2和n-ZnO电子注入层3，载流子趋于由GaN空穴注入层2和n-ZnO电子注入层3同时向Cu掺杂ZnO有源层6注入，并复合发光;这样可实现ZnO带边的紫外发光，并可以提高发光管输出功率，进一步拓展器件的应用范围。【附图说明】本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种Cu掺杂ZnO为有源层的ZnO‑GaN组合紫外发光管，依次由Al2O3衬底(1)、衬底(1)上表面外延生长的p型GaN空穴注入层(2)、空穴注入层(2)上表面制备的相互分立的n‑ZnO电子注入层(3)和下电极(5)、电子注入层(3)上表面制备的上电极(4)构成，其特征在于：在空穴注入层(2)和n‑ZnO电子注入层(3)之间还制备有Cu掺杂的ZnO有源层(6)；p型GaN空穴注入层(2)中载流子(空穴)浓度为2×1017～2×1018/cm3，有源层(6)中载流子(电子)浓度为2×1015～1.5×1017/cm3，n‑ZnO电子注入层(3)中载流子(电子)浓度为5×1017～2×1019/cm3。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杜国同，梁红伟，董鑫，夏晓川，包俊飞，
申请(专利权)人：金华吉大光电技术研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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