ZnO基同質(zhì)結(jié)LED

1、ZnO基同質(zhì)結(jié)LED王?，|2016.12.20ZnO光敏半導體器件 過去十多年時間里，ZnO作為半導體材料具有的獨特的性質(zhì)而備受矚目和廣泛研究。ZnO具有較高的電子遷移率，是直接帶隙半導體，具有較寬的禁帶寬度和較大的激子束縛能。在光電器件的應用上，ZnO已經(jīng)廣泛被認為是一種很有潛力的材料，而制造高質(zhì)量的P型ZnO是實現(xiàn)其應用的關(guān)鍵。本征ZnO是一種n型半導體，必須通過受主摻雜才能完成p型的轉(zhuǎn)變。目前制備P型ZnO的摻雜元素主要集中在族元素N、P、As等及其共摻雜。但由于ZnO中存在較多的本征施主缺陷，對受主摻雜產(chǎn)生高度自補償作用，而且受主雜質(zhì)固溶度較低，使得ZnO的p型摻雜存在較多困難。ZnO

2、與GaN性質(zhì)對比ZnO的性質(zhì)與優(yōu)勢 1. ZnO是直接帶隙半導體，晶體結(jié)構(gòu)和晶格常數(shù)與GaN非常接近。 2. 帶隙很寬，300K環(huán)境中，Eg3.37eV，與GaN相當（Eg3.40eV）。GaN已經(jīng)廣泛應用于綠光、藍光和白光發(fā)光器件。 3. 室溫下ZnO激子束縛能高達60meV，是GaN的2倍多，激子復合可在室溫下穩(wěn)定存在，也可以實現(xiàn)室溫或更高溫度下高效激子受激發(fā)射，且激射閾值比較低。如此高的激子束縛能能夠提高發(fā)光效率。 4. ZnO薄膜可以大面積、均勻生長在多種襯底上（SiC、藍寶石、Si，玻璃、塑料等），具有廣泛應用范圍。而且還可以生長在同質(zhì)襯底上，GaN不行。 5. ZnO可以在較低溫度

3、下生長，高質(zhì)量薄膜生長溫度大約為500遠低于GaN（1000）。 6. ZnO晶體生長工藝簡單，基于ZnO器件的成本更加低廉。 7. ZnO單晶電子的室溫霍爾遷移率在所有氧化物半導體材料中是最高的，約為200cm2V-1s-1，略低于GaN電子遷移率，但飽和速率比GaN高。 8. ZnO熱穩(wěn)定性高，生物兼容性好，原料豐富，刻蝕工藝簡單。無毒無污染。ZnO發(fā)光的性質(zhì) 一般認為ZnO的本征點缺陷有氧空位Vo、鋅間隙Zni、氧間隙Oi、鋅空位VZn、反位氧OZn、反位鋅Zno六種。其中氧空位Vo和鋅間隙Zni為主要施主缺陷，且能級較淺，被認為是本征ZnO呈n型的主要原因；氧間隙Oi、反位氧OZn、反

4、位鋅Zno因為形成能較高，平衡條件不易形成和穩(wěn)定存在； VZn形成深受主能級，起到抵消施主的補償作用，但研究表明VZn缺陷能級與ZnO的發(fā)光密切相關(guān)。 ZnO材料導帶價帶見的躍遷、禁帶中的本征缺陷態(tài)以及摻雜引入的缺陷態(tài)向價帶的躍遷、導帶向缺陷能級的躍遷，禁帶中不同缺陷能級之間的躍遷以及激子的復合組成了多種發(fā)光帶。ZnO發(fā)光類型 1.中心波長位于380nm附近的紫外區(qū)：來自于近帶邊躍遷，通常有多個光譜成分組成，包括自有激子(X)復合、中性施主束縛激子(D0X)的復合、中興受主束縛激子(A0X)及其聲子伴線、雙激子復合(M)、施主受主對(DAP)復合以及其聲子伴線。 2. 420nm左右的藍紫光發(fā)

5、光帶：該發(fā)光峰與本征缺陷引起的施主或受主能級相關(guān)，如導帶與鋅空位能級間能級差為3.26eV，鋅間隙能級與價帶能級差為2.9eV。 3. 中心波長在520nm附近的綠光波段：位于2.4eV左右的綠光發(fā)射峰的性質(zhì)和起源目前還沒有定論，但是一般認為這個峰與ZnO的雜質(zhì)和缺陷有關(guān)；研究表明氧空位和銅雜質(zhì)與這個綠光峰的關(guān)系最為緊密，其綠光峰的精細結(jié)構(gòu)與銅雜質(zhì)有關(guān)，而峰位置和線寬與氧空位狀態(tài)有關(guān)?；赑型ZnO同質(zhì)結(jié)LED出自：Electrically pumped waveguide lasing from ZnO nanowiresSheng Chu, Guoping Wang Nature nano

6、technology. Vol6 August 2011基于P型ZnO同質(zhì)結(jié)LED制備流程：1. 藍寶石襯底上使用等離子輔助分子束外延生長一層1050nm厚高質(zhì)量n型的ZnO薄膜層（1minMgO生長8min550ZnO的buffer生長5h 700ZnO薄膜生長）。2. 使用CVD法在ZnO薄膜上生長一層Sb摻雜的P型ZnO納米棒，納米線直徑約為200nm，高度為3.2m（15min）。3. 首次使用光泵浦技術(shù)實現(xiàn)該納米棒中的光泵浦激射。4. 在n型ZnO薄膜上制備Au/Ti（100nm/10nm）金屬接觸電極。5.在ZnO納米線上制備ITO（氧化銦錫）透明電極。6. 在ZnO納米棒上利用旋涂技術(shù)旋涂了PMMA薄膜，使得PMMA絕緣聚合物填塞ZnO納米棒空隙。（防止ITO與ZnO薄膜接觸）制備特點：融合了MBE的生長薄膜技術(shù)（薄膜質(zhì)量高）和CVD法（納米線列陣生長速度快）激發(fā)方式：光泵浦（Optical Pump）基于P型ZnO同質(zhì)結(jié)LED左圖為注入電流2070mA是的電致發(fā)光圖譜，右圖為電致發(fā)光圖譜對應的斷面光學顯微鏡圖片?？梢钥闯鲈诘妥⑷腚娏飨拢?0-40mA），只能觀察到集中在385nm出自有激子自發(fā)輻射。但是隨著注入電流無50mA時，可以觀察到ZnO納米棒在c軸方向的激射。進一步增加注入電流的大小，激發(fā)了更多納米棒產(chǎn)生激光，從而增加了發(fā)射峰