CN103280498A - 尖锥形氧化锌/氧化镍异质结二极管的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种异质结紫外激光二极管制备技术，特指结合镀膜技术和飞秒激光技术，制备尖锥形p-NiO/n-ZnO异质结。本发明先利用热氧化在镍片上形成NiO层，然后利用原子层沉积方法制备ZnO层，再在n-型ZnO层外利用溅射方法形成氧化铟锡(ITO)透明上电极，最后利用飞秒激光加工技术在覆盖有NiO/ZnO/ITO层的镍片上形成尖锥形阵列，即形成尖锥形p-NiO/n-ZnO异质结，在镍片底部和ITO上加上电压，即可实现电致发光。

Description

尖锥形氧化锌/氧化镍异质结二极管的制备方法

技术领域

本发明涉及一种异质结紫外激光二极管制备技术，特指结合镀膜技术和飞秒激光技术，制备尖锥形p-NiO/n-ZnO异质结。

背景技术

氧化锌(ZnO)是一种直接宽带隙化合物半导体材料，其室温禁带宽度为3.37ev，激子束缚能为60mev，故ZnO是制备室温和更高温度下的半导体激光器的理想材料；本征ZnO是一种透明n型半导体，但到目前为止，还没有稳定的p型ZnO的制备方法，因此制备ZnO同质结二极管就显得非常困难；而本征氧化镍(NiO)是一种P型半导体材料，其直接带隙为3.7 eV，p型NiO和n型ZnO可以构成异质结二极管；由于ZnO和NiO具有宽禁带特性，热稳定性和化学稳定性好，而且制备过程中无环境污染，使得NiO和ZnO构成的异质结二极管有相当大的优势。尖锥状结构有利于提高二级管的发光效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种简单的尖锥形阵列异质结制备方法：先利用热氧化在镍片上形成NiO层，然后利用原子层沉积方法制备ZnO层，再在n-型ZnO层外利用溅射方法形成氧化铟锡(ITO)透明上电极，最后利用飞秒激光加工技术在覆盖有NiO/ZnO/ ITO层的镍片上形成尖锥形阵列，即形成尖锥形p-NiO/n-ZnO异质结，在镍片底部和ITO上加上电压，即可实现电致发光。

发明特点：（1）先在镍片上形成NiO/ZnO/ ITO结构，再利用飞秒激光加工形成尖锥形p-NiO/n-ZnO异质结；这种异质结相对于平面p-NiO/n-ZnO异质结，发光效率高。

实现本发明的技术方案为：

1、  利用热氧化在镍片上形成NiO层

将镍片放入加热炉中，在空气中加热，加热温度400-500^oC，加热时间30-60mim，NiO层厚度在100-300nm。

2、  利用ALD技术制备ZnO层

将形成NiO层的镍片放入到反应腔室内进行反应，采用Zn(CH₂CH₃)₂ (DEZ)源制备ZnO层，厚度50-100 nm。

3、  溅射方法制备ITO透明上电极

采用ITO靶，在ZnO层上利用磁控溅射方法制备ITO透明上电极，电极厚度50-100 nm。

4、  利用飞秒激光加工技术形成尖锥柱状结构；

激光器输出中心波长808 纳米，脉冲宽度45飞秒，重复1kHz；将覆盖有NiO/ZnO/ ITO层的镍片放在由计算机控制的三维精密移动平台XY平面上；把激光聚焦到镍片表面上，光束聚焦后光斑直径40-80微米；计算机控制样品台沿着X方向从左到右移动；一行扫完后，沿Y方向上移20-40微米，再从右到左扫描；重复该过程，获得所需的面积；飞秒激光功率100-300mW，扫描速率1-2mm/min；尖锥柱状结构的高度在4-8μm。 

5、  电极引线的制备

将银浆点在镍片背面和ITO边缘处，150^oC下加热30min，引出引线加外电压。

附图说明

图1是实例一镍片热氧化后的XRD图，从中可看成镍片经过热氧化后，形成了NiO；

图2是实例一中的飞秒激光形成的尖锥阵列的三维轮廓图；

图3是实例一和对比例一中的异质结的电致发光测试结果，从图中可看出发光峰位都在395纳米左右，但尖锥阵列的发光强度明显增强。

具体实施方式

实例一

1、  利用热氧化在镍片上形成200纳米厚的NiO层

将表面尖锥状结构的镍片放入加热炉中，在空气中加热，加热温度450^oC，加热时间45 mim。

2、  利用ALD技术制备80nm厚的ZnO

沉积条件：反应温度200℃，在反应腔室通入Zn(CH₂CH₃)₂ (DEZ)1 s，氮气清洗1.5 s，通水500 ms，氮气清洗1s，重复上述过程800 次。

3、  溅射方法制备ITO透明上电极

采用ITO靶，氩气作为溅射气体；先将腔室本底真空抽至1′10^-4Pa，通入氩气，氩气工作压强为1.5 Pa，溅射功率60w，溅射时间20min，电极厚度为100nm。

4、  在镍片上利用飞秒激光加工技术形成尖锥柱状结构；

利用飞秒激光扫描在镍片表面形成尖锥状结构（如图1所示），激光器输出中心波长808 纳米，脉冲宽度45飞秒，重复1kHz；将覆盖有NiO/ZnO/ ITO层的镍片放在由计算机控制的三维精密移动平台XY平面上，把激光聚焦到镍片表面上，光束聚焦后光斑直径50微米；计算机控制样品台沿着X方向从左到右移动，一行扫完后，沿Y方向上移25微米，再从右到左扫描，重复该过程，获得2mm′2mm大小的面积，飞秒激光功率200 mW，扫描速率1.5 mm/min，尖锥柱状结构的高度5.87μm。

5、  电极引线的制备

将银浆点在镍片背面和ITO边缘处，150^oC下加热30min，引出引线加外电压。

实施效果：最后进行二级管的性能测试，外加电压3V，发光峰位在375纳米左右，如图2所示。

对比例一

1、  利用热氧化在镍片上形成NiO层

同实例一中的步骤1。

2、  利用ALD技术制备80nm厚的ZnO；

同实例一中的步骤2。

3、  溅射方法制备ITO透明上电极

同实例一中的步骤3。

4、  电极引线的制备

同实例一中的步骤5。

Claims (8)

1.尖锥形氧化锌/氧化镍异质结二极管的制备方法，其特征在于：先利用热氧化在镍片上形成NiO层，然后利用原子层沉积方法制备ZnO层，再在n-型ZnO层外利用溅射方法形成氧化铟锡透明上电极，最后利用飞秒激光加工技术在覆盖有NiO/ZnO/ ITO层的镍片上形成尖锥形阵列，即形成尖锥形p-NiO/n-ZnO异质结，在镍片底部和ITO上加上电压，即可实现电致发光。

2.如权利要求1所述的尖锥形氧化锌/氧化镍异质结二极管的制备方法，其特征在于：所述的利用热氧化在镍片上形成NiO层指：将镍片放入加热炉中，在空气中加热，加热温度400-500^oC，加热时间30-60mim，NiO层厚度在100-300nm。

3.如权利要求1所述的尖锥形氧化锌/氧化镍异质结二极管的制备方法，其特征在于：所述的利用原子层沉积方法制备ZnO层指：将形成NiO层的镍片放入到反应腔室内进行反应，采用Zn(CH₂CH₃)₂ (DEZ)源制备ZnO层，厚度50-100 nm。

4.如权利要求3所述的尖锥形氧化锌/氧化镍异质结二极管的制备方法，其特征在于：所述的利用原子层沉积方法制备ZnO层的沉积条件为：反应温度200℃，在反应腔室通入Zn(CH₂CH₃)₂ (DEZ)1 s，氮气清洗1.5 s，通水500 ms，氮气清洗1s，重复上述过程直至获得所需厚度的ZnO层。

5.如权利要求1所述的尖锥形氧化锌/氧化镍异质结二极管的制备方法，其特征在于：所述的在n-型ZnO层外利用溅射方法形成氧化铟锡透明上电极指：采用ITO靶，在ZnO层上利用磁控溅射方法制备ITO透明上电极，电极厚度50-100 nm。

6.如权利要求5所述的尖锥形氧化锌/氧化镍异质结二极管的制备方法，其特征在于：所述的在n-型ZnO层外利用溅射方法形成氧化铟锡透明上电极的工艺条件为：采用ITO靶，氩气作为溅射气体；先将腔室本底真空抽至1′10^-4Pa，通入氩气，氩气工作压强为1.5 Pa，溅射功率60w，控制溅射时间获得所需厚度的氧化铟锡透明上电极。

7.如权利要求1所述的尖锥形氧化锌/氧化镍异质结二极管的制备方法，其特征在于：所述的利用飞秒激光加工技术在覆盖有NiO/ZnO/ ITO层的镍片上形成尖锥形阵列指：将覆盖有NiO/ZnO/ ITO层的镍片放在由计算机控制的三维精密移动平台XY平面上；把激光聚焦到镍片表面上，光束聚焦后光斑直径40-80微米；计算机控制样品台沿着X方向从左到右移动；一行扫完后，沿Y方向上移20-40微米，再从右到左扫描；重复该过程，获得所需的面积；激光器输出中心波长808 纳米，脉冲宽度45飞秒，重复1kHz；飞秒激光功率100-300mW，扫描速率1-2mm/min；尖锥柱状结构的高度在4-8μm。

8.如权利要求1所述的尖锥形氧化锌/氧化镍异质结二极管的制备方法，其特征在于：所述的在镍片底部和ITO上加上电压指：将银浆点在镍片背面和ITO边缘处，150^oC下加热30min，引出引线加外电压。

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