CN103268911A - p-NiO/n-ZnO异质结发光器件及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种p-NiO/n-ZnO异质结发光器件及其制备方法。自下而上依次有衬底、Zn0.95Mn0.03Li0.02O缓冲层、n型ZnO层、电子阻挡层和p型NiO层。采用的衬底是r面蓝宝石或（100）面LaAlO3，Zn0.95Mn0.02Li0.02O缓冲层和n型ZnO层为非极性a面（110）取向，电子阻挡层是Ni1-xMgxO或Zn1-xMgxO、p型NiO层采用的是（111）取向的Li掺杂的LiyNi1-yO层，其中x值为0.5<x<0.6，y值为0.05<y<0.10。本发明的优点是通过引入缓冲层，改善了a面ZnO层的晶体质量，克服了晶格极化效应，同时结合电子阻挡层，减少漏电流，提高器件的光电性能。

Description

p-NiO/n-ZnO异质结发光器件及其制备方法
技术领域
  本发明涉及一种p-NiO/n-ZnO异质结发光器件；特别涉及引入缓冲层和电子阻挡层以提高晶体质量和器件光电性能。属于新型光电子功能器件领域。
技术背景
  ZnO作为一种直接宽禁带半导体，常温下带隙宽为3.37 eV，激子束缚能高达60 meV，使得它可用于蓝/紫外区域的光电器件。在自然条件下ZnO为六方纤锌矿结构，理论和实验都表明ZnO晶体薄膜趋向于沿c轴（0002）极性方向生长，具有很强的自发极化效应。这就导致在其异质结构体系，如pn结或多量子阱器件中形成内建电场，严重影响ZnO基器件的发光效率。为了避免这种极化效应的负面影响，研究ZnO非极性面生长成为可行的选择和当前的研究热点。
  另一方面，由于目前p型ZnO在稳定性及制备可重复性上还无法令人满意，同时存在空穴载流子浓度不高等问题，使得制备高质量同质ZnO基 pn结相对困难。因此，制备ZnO异质pn结是一种较好的备选方案。NiO作为一种本征的p型直接禁带半导体，其禁带宽度为3.6~4.0 eV，具有稳定性好、原料易获得、价格低廉等优点。此外，NiO与ZnO晶格失配小，禁带宽度相近，可与ZnO形成异质结制备半导体光电器件。本发明提出在r面蓝宝石或（100）面LaAlO3上，通过引入缓冲层，提高（110）取向的ZnO晶体质量；通过引入电子阻挡层，提高器件的电流－电压特性，减少漏电流，提高器件的光电性能。
发明内容
  本发明的目的是提供一种高效的、基于非极性衬底的p-NiO/n-ZnO异质结发光器件，丰富ZnO基发光器件的品种。
  本发明的非极性ZnO基发光器件自下而上依次有衬底、Zn0.95Mn0.03Li0.02O缓冲层、n型ZnO层、电子阻挡层和p型NiO层。
  进一步地，本发明所述衬底为r面蓝宝石或（100）面LaAlO3。 
  进一步地，本发明所述Zn0.95Mn0.03Li0.02O缓冲层是（110）取向，厚度为10~40 nm；所述电子阻挡层的厚度为50~100 nm。
  进一步地，本发明所述电子阻挡层是Ni1-xMgxO或Zn1-x MgxO，所述p型NiO层为Li掺杂的LiyNi1-yO层，其中0.5 < x < 0.6，0.05 < y < 0.10。
  所述的p-NiO/n-ZnO异质结发光器件的制备方法，在衬底上自下而上沉积（110）取向的Zn0.95Mn0.03Li0.02O缓冲层2，在生长有缓冲层的基片上沉积(110) 取向的纯的n型ZnO薄膜层，接着沉积Ni0.45Mg0.55O电子阻挡层，最后沉积 (111) 取向的p型Li0.07Ni0.93O薄膜层。
  与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
  1) 以r面蓝宝石或（100）面LaAlO3为衬底，所制备的n型ZnO层为 (110) 面非极性取向，无内建电场存在，有利于提高ZnO的发光效率。
  2) 在衬底和n型ZnO薄膜层中引入一定厚度的Zn0.95Mn0.03Li0.02O缓冲层，有效地提高了非极性n型ZnO的结晶质量，优化了其电学性能。
  3）在n型ZnO和p型NiO间插入一定厚度的电子阻挡层，提升了器件的电流－电压特性，减小漏电流，观察到明显的整流特性。
附图说明
  图1是本发明p-NiO/n-ZnO异质结发光器件的结构示意图。
  图中：1为衬底、2为Zn0.95Mn0.03Li0.02O缓冲层、3为n型ZnO层、4为电子阻挡层、5为p型NiO层。
图2是实施例1制得的p-NiO/n-ZnO异质结的I-V整流特性图。
具体实施方式
  以下结合附图详细叙述本发明。
实施例1：
  在r面蓝宝石衬底1上自下而上沉积（110）取向的厚度为10 nm 的Zn0.95Mn0.03Li0.02O缓冲层2，在生长有缓冲层2的基片上沉积约270 nm 厚 (110) 取向的纯的n型ZnO薄膜层3，接着在3上沉积Ni0.45Mg0.55O电子阻挡层4，厚度为50 nm，最后在4上沉积200 nm厚的 (111) 取向的p型Li0.07Ni0.93O薄膜层。制得的结构即为p-NiO/n-ZnO异质结发光原型器件， 其结构示意图如图1所示，其I-V整流特性图如图2所示。
实施例2：
  在（100）面LaAlO3 衬底1上自下而上沉积（110）取向的厚度为25 nm 的Zn0.95Mn0.03Li0.02O缓冲层2，在生长有缓冲层2的基片上沉积约200 nm 厚 (110) 取向的纯的n型ZnO薄膜层3，接着在3上沉积75 nm厚的Zn0.47Mg0.53O电子阻挡层4，最后在4上沉积 (111) 取向的p型Li0.06Ni0.94O薄膜层，厚度约300 nm。制得的结构即为p-NiO/n-ZnO异质结发光原型器件。
实施例3：
  在r面蓝宝石衬底1上自下而上沉积（110）取向的厚度为40 nm 的Zn0.95Mn0.03Li0.02O缓冲层2，在生长有缓冲层2的基片上沉积约220 nm 厚 (110) 取向的纯的n型ZnO薄膜层3，接着在3上沉积100 nm厚的Zn0.45Mg0.55O电子阻挡层4，最后在4上沉积300 nm厚的 (111) 取向的p型Li0.09Ni0.91O薄膜层。制得的结构即为p-NiO/n-ZnO异质结发光原型器件。

Claims (5)

1.一种p-NiO/n-ZnO异质结发光器件，其特征是：自下而上依次有衬底、Zn0.95Mn0.03Li0.02O缓冲层、n型ZnO层、电子阻挡层和p型NiO层。
2.根据权利要求1所述的p-NiO/n-ZnO异质结发光器件，其特征是所述衬底是r面蓝宝石或（100）面LaAlO3。
3.根据权利要求1所述的p-NiO/n-ZnO异质结发光器件，其特征是所述Zn0.95Mn0.03Li0.02O缓冲层的厚度为10~40 nm，所述电子阻挡层的厚度为50~100 nm。
4.根据权利要求1所述的p-NiO/n-ZnO异质结发光器件，其特征是所述电子阻挡层是Ni1-x MgxO或Zn1-xMgxO，所述p型NiO层为Li掺杂的LiyNi1-yO层，其中0.5 < x < 0.6，0.05 < y < 0.10。
5.一种根据权利要求1所述的p-NiO/n-ZnO异质结发光器件的制备方法，其特征是过程如下：在衬底上自下而上沉积（110）取向的Zn0.95Mn0.03Li0.02O缓冲层2，在生长有缓冲层的基片上沉积(110) 取向的纯的n型ZnO薄膜层，接着沉积Ni0.45Mg0.55O电子阻挡层，最后沉积 (111) 取向的p型Li0.07Ni0.93O薄膜层。
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