基于一維微納結(jié)構(gòu)/氮化鎵薄膜肖特基結(jié)的紫外led的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體及微光學(xué)元件，尤其是涉及一種基于一維微納結(jié)構(gòu)/氮化鎵薄膜肖特基結(jié)的紫外LED。
【背景技術(shù)】
[0002]紫外LED光源在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中有著廣泛的應(yīng)用，例如用于信息存儲、水凈化、醫(yī)用器械殺菌、紫外固化、醫(yī)療診斷等領(lǐng)域?，F(xiàn)階段可以實現(xiàn)紫外LED的結(jié)構(gòu)主要包括量子阱、p-n結(jié)、金屬-氧化物-半導(dǎo)體結(jié)和肖特基結(jié)。
[0003]例如，申請?zhí)枮?01110063867.8的專利申請?zhí)峁┝艘环N紫外LED的制作方法，用于制作多量子阱層結(jié)構(gòu)的紫外LED光源，包括步驟:取一襯底，并在襯底上依次生長成核層和η型層，然后在η型層上生長多量子阱層；最后在多量子阱層上生長電子阻擋層和P型層，完成結(jié)構(gòu)的生長。
[0004]另外，申請?zhí)枮?01310168605.7的專利申請?zhí)峁┝艘环N半導(dǎo)體紫外光源器件，所述器件的外延結(jié)構(gòu)包括:至少一個N-型層、至少一個P-型層和至少一個發(fā)光區(qū)，所述發(fā)光區(qū)在所述N-型層和所述P-型層之間且包含至少一個量子阱，所述量子阱至少被量子皇所包裹，所述器件的外延結(jié)構(gòu)還至少包含一正離子區(qū)于所述發(fā)光區(qū)一側(cè)；一負離子區(qū)于所述發(fā)光區(qū)另一側(cè)，所述正離子區(qū)與負離子區(qū)產(chǎn)生的外加電場抵消或減小量子阱中的極化電場。
[0005]在這些結(jié)構(gòu)中，肖特基結(jié)因其結(jié)構(gòu)簡單而且對摻雜要求低有最低的制作成本。但是，之前報道的肖特基結(jié)LED受困于較低的外量子效率，這主要是由于構(gòu)成肖特基結(jié)的金屬薄膜會吸收和散射絕大部分的出射光。所以，如何克服這個難題實現(xiàn)成本低且發(fā)光效率高的紫外LED —直是工業(yè)界的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種制作成本低廉且發(fā)光效率較高的紫外LED。金屬微納結(jié)構(gòu)通過范德華力與氮化鎵薄膜形成肖特基異質(zhì)結(jié)，微納結(jié)構(gòu)的小尺寸使得出射光受到很少的衰減，提高了器件的外量子效率。在氮化鎵薄膜正偏壓，微納結(jié)構(gòu)負偏壓的情況下可以獲得異質(zhì)結(jié)區(qū)高效的紫外發(fā)光。目前此器件獲得了 0.9%外量子效率，而之前報道的基于肖特基結(jié)LED的最好效率僅為0.05%。
[0007]本發(fā)明所采用的具體技術(shù)方案如下:
[0008]一種基于一維微納結(jié)構(gòu)/氮化鎵薄膜肖特基結(jié)的紫外LED，包括陰極、陽極和連接陽極的有源發(fā)光體，還包括一微納結(jié)構(gòu)，所述微納結(jié)構(gòu)的一端與陰極相連，另一端與有源發(fā)光體接觸形成肖特基結(jié)。
[0009]其中，所述的紫外LED還包括鍍有有源發(fā)光體的襯底，所述有源發(fā)光體上部分區(qū)域內(nèi)鍍合金金屬膜作為所述的陽極。有源發(fā)光體根據(jù)LED發(fā)光性質(zhì)確定，本發(fā)明中的紫外LED所對應(yīng)的有源發(fā)光體為氮化鎵薄膜。
[0010]所述的合金金屬膜可以為Cr/Au、Pt/Au、Pd/Au，優(yōu)選使用Ni (20nm)/Au (50nm)合金金屬膜，相比其他金屬膜可以形成低電阻的歐姆接觸。
[0011]本發(fā)明中，陰極有兩種實施方式，第一種為:所述的陰極為鍍在藍寶石襯底上的ITO薄膜，所述鍍有有源發(fā)光體的襯底和藍寶石襯底隔開放置，且兩者之間的間隙應(yīng)不大于30 μ mo第二種為:所述鍍有有源發(fā)光體的襯底上的另一區(qū)域內(nèi)鍍有絕緣層，該絕緣層上表面鍍金膜構(gòu)成所述的陰極。
[0012]陰極可以是ITO薄膜，也可以采用金屬薄膜，例如:Au、Pt、Al等。
[0013]其中，所述的微納結(jié)構(gòu)為通過熱溶劑法生長得到的單條或多條銀納米線。
[0014]另外，所述的微納結(jié)構(gòu)還可以為銀微納陣列，具有縱橫交錯的銀納米線，且縱向銀納米線或橫向銀納米線一端與陰極相連，另一端與有源發(fā)光體接觸形成肖特基結(jié)。
[0015]微納結(jié)構(gòu)除了采用銀納米線外，也可采用金納米線和銅納米線，銀納米線的優(yōu)勢在于其導(dǎo)電能力強，熱導(dǎo)率高。單根銀納米線可用于構(gòu)建微納尺度的光源，其在集成光學(xué)，光通信等領(lǐng)域有重要應(yīng)用。銀微納陣列可實現(xiàn)大面積的高效發(fā)光，對于照明，紫外消毒等領(lǐng)域有應(yīng)用。
[0016]在本發(fā)明中，所述微納結(jié)構(gòu)的電阻率應(yīng)小于5 μ Ω.cm，電阻率小有利于促進電子載流子的擴散，使輻射復(fù)合在更大范圍內(nèi)進行。
[0017]本發(fā)明具有的有益效果是:結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，發(fā)光波長短，波長不隨電流升高變化，效率較高，可工作在連續(xù)電流或脈沖電流下；在正向偏壓下，來自銀微納結(jié)構(gòu)的電子直接注入氮化鎵薄膜并與其中的空穴發(fā)生輻射復(fù)合；在低驅(qū)動電流下，此器件即發(fā)光，主峰的位置位于紫外區(qū)域，半高全寬小于10nm，且為氮化鎵的自由激子發(fā)光；自由激子發(fā)光穩(wěn)定，主峰位置不隨電流增加而偏移；使用銀微納結(jié)構(gòu)克服了傳統(tǒng)肖特基結(jié)LED中出射光被金屬電極吸收和散射的難題，在保證廉價制作成本的同時極大提高了器件的發(fā)光效率。
【附圖說明】
[0018]圖1是實施例1中的器件結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖2是實施例2中的器件結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖3是實施例3中的器件結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖4是器件在-6V到6V之間的電流電壓特性曲線。
[0022]圖5是測量得到的光譜圖和CXD拍攝的發(fā)光照片。
[0023]圖6是光譜中的發(fā)光峰位置隨電流變化的曲線。
[0024]圖7是器件的輸出光強隨電流變化曲線。
【具體實施方式】
[0025]一種基于一維銀微納結(jié)構(gòu)/氮化鎵薄膜肖特基結(jié)的高效紫外LED，其一般的實施方式包括:鍍有氮化鎵3的襯底I用去離子水沖洗并用在氮氣環(huán)境下吹干，接著采用熱蒸發(fā)的方法在部分氮化鎵上鍍上一層Ni(20nm)/Au(50nm)合金金屬膜2。器件陰極部分既可以是ITO薄膜也可以是金薄膜。這里所使用的銀微納結(jié)構(gòu)既可以是通過熱溶劑法生長得到的納米線也可以是通過打印的方法得到的微納陣列結(jié)構(gòu)。
[0026]實例I的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1，陰極為藍寶石襯底6上鍍的ITO薄膜5。將此襯底貼近鍍有氮化鎵3的襯底I放置，兩者之間的間隙可以通過微納操作控制在30 μπι之內(nèi)。然后，將銀納米線溶液滴到干凈的玻片上，待乙醇揮發(fā)完全后，通過微納操作將銀納米線4轉(zhuǎn)移到制作完成的襯底上，使得銀納米線4 一端在ITO薄膜5上，另一端在氮化鎵3上。銀納米線4通過范德華力與襯底牢固接觸形成肖特基結(jié)。
[0027]實例2的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2，此方法不需另外制作陰極襯底，而在相同的鍍有氮化鎵3的襯底I 一部分上鍍絕緣層7，并在絕緣層7上表面鍍金膜8構(gòu)成陰極，銀納米線4 一端與陰極相連，另一端與氮化鎵3接觸形成肖特基結(jié)。
[0028]實例3的結(jié)構(gòu)示意圖如圖3，陰極結(jié)構(gòu)與實例2中采用相同的制作方法。使用銀微納陣列9代替實例2中的單根銀納米線4，這里的微納陣列為打印的方法制作或微操縱或微流控等方法進行排布，陣列的形貌可控。微納陣列9大部分位于氮化鎵薄膜的表面，同時也與陰極部分相連。
[0029]以實例I中的器件為例，圖4是器件的電流電壓特性曲線，可以看出在反向偏置下基本沒有電流，正向偏置下電流很快上升，表現(xiàn)出了良好的整流特性。圖5是器件發(fā)光的CCD照片和測量得到的光譜?？梢钥闯鲢y納米線與氮化鎵形成的肖特基結(jié)區(qū)產(chǎn)生強烈的發(fā)光，光譜數(shù)據(jù)說明主峰位于深紫外區(qū)362.5nm。圖6進一步說明器件發(fā)光穩(wěn)定，主峰波長不隨電流的升高變化。圖7說明隨著電流增強，器件發(fā)光不斷增強，并在25 μ A的驅(qū)動電流下獲得了目前報道的基于肖特基結(jié)LED最高的外量子效率。
【主權(quán)項】
1.一種基于一維微納結(jié)構(gòu)/氮化鎵薄膜肖特基結(jié)的紫外LED，包括陰極、陽極和連接陽極的有源發(fā)光體，其特征在于，還包括一微納結(jié)構(gòu)，所述微納結(jié)構(gòu)的一端與陰極相連，另一端與有源發(fā)光體接觸形成肖特基結(jié)。
2.如權(quán)利要求1所述的基于一維微納結(jié)構(gòu)/氮化鎵薄膜肖特基結(jié)的紫外LED，其特征在于，所述的紫外LED還包括鍍有有源發(fā)光體的襯底，所述有源發(fā)光體上部分區(qū)域內(nèi)鍍合金金屬膜作為所述的陽極。
3.如權(quán)利要求2所述的基于一維微納結(jié)構(gòu)/氮化鎵薄膜肖特基結(jié)的紫外LED，其特征在于，所述的陰極為鍍在藍寶石襯底上的ITO薄膜，所述鍍有有源發(fā)光體的襯底和藍寶石襯底隔開放置，且兩者之間的間隙應(yīng)不大于30 μ m。
4.如權(quán)利要求2所述的基于一維微納結(jié)構(gòu)/氮化鎵薄膜肖特基結(jié)的紫外LED，其特征在于，所述鍍有有源發(fā)光體的襯底上的另一區(qū)域內(nèi)鍍有絕緣層，該絕緣層上表面鍍金膜構(gòu)成所述的陰極。
5.如權(quán)利要求3或4所述的基于一維微納結(jié)構(gòu)/氮化鎵薄膜肖特基結(jié)的紫外LED，其特征在于，所述的微納結(jié)構(gòu)為單條或多條銀納米線。
6.如權(quán)利要求5所述的基于一維微納結(jié)構(gòu)/氮化鎵薄膜肖特基結(jié)的紫外LED，其特征在于，所述的銀納米線通過熱溶劑法生長得到。
7.如權(quán)利要求4所述的基于一維微納結(jié)構(gòu)/氮化鎵薄膜肖特基結(jié)的紫外LED，其特征在于，所述的微納結(jié)構(gòu)為銀微納陣列，具有縱橫交錯的銀納米線，且縱向銀納米線或橫向銀納米線一端與陰極相連，另一端與有源發(fā)光體接觸形成肖特基結(jié)。
8.如權(quán)利要求1-4任一項所述的基于一維微納結(jié)構(gòu)/氮化鎵薄膜肖特基結(jié)的紫外LED，其特征在于，所述的有源發(fā)光體為氮化鎵薄膜。
9.如權(quán)利要求1或2所述的基于一維微納結(jié)構(gòu)/氮化鎵薄膜肖特基結(jié)的紫外LED，其特征在于，所述的合金金屬膜為Ni/Au合金金屬膜。
10.如權(quán)利要求1所述的基于一維微納結(jié)構(gòu)/氮化鎵薄膜肖特基結(jié)的紫外LED，其特征在于，所述微納結(jié)構(gòu)的電阻率應(yīng)小于5 μ Ω.cm。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于一維微納結(jié)構(gòu)/氮化鎵薄膜肖特基結(jié)的紫外LED，包括陰極、陽極和連接陽極的有源發(fā)光體，還包括一微納結(jié)構(gòu)，所述微納結(jié)構(gòu)的一端與陰極相連，另一端與有源發(fā)光體接觸形成肖特基結(jié)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，發(fā)光波長短，波長不隨電流升高變化，效率較高，可工作在連續(xù)電流或脈沖電流下使用微納結(jié)構(gòu)克服了傳統(tǒng)肖特基結(jié)LED中出射光被金屬電極吸收和散射的難題，在保證廉價制作成本的同時極大提高了器件的發(fā)光效率。
【IPC分類】H01L33-14, H01L33-00, H01L33-32, H01L33-06
【公開號】CN104638079
【申請?zhí)枴緾N201510053998
【發(fā)明人】楊青, 吳遠鵬, 陶菲克·哈桑, 劉旭
【申請人】浙江大學(xué)
【公開日】2015年5月20日
【申請日】2015年2月2日