單根ZnO微米線同質(zhì)結(jié)發(fā)光二極管的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種單根ZnO微米線同質(zhì)結(jié)發(fā)光二極管的制備方法，是采用簡單的CVD方法通過控制生長時間等參數(shù)，首先在襯底上生長一層高取向的未摻雜n型ZnO微米線，然后在其上繼續(xù)生長一層Sb摻雜的p型ZnO微米線，從而制備出ZnO微米線的同質(zhì)結(jié)，再從樣品襯底底部剝離出單根的微米線，在其兩端做好電極，所得微米線直徑為10~100μm，長度為1~20mm。不但制備過程簡單、成本低，通過對該器件測試表明該器件具有良好的整流特性和極強的發(fā)光性能。
【專利說明】單根ZnO微米線同質(zhì)結(jié)發(fā)光二極管的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體器件領(lǐng)域，具體涉及一種用化學(xué)氣相沉積(CVD)設(shè)備制備單根ZnO微米線同質(zhì)結(jié)發(fā)光二極管的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]ZnO是一種直接帶隙寬禁帶半導(dǎo)體材料，室溫下禁帶寬度為3.37eV，激子束縛能高達60meV，在光電、催化、傳感以及生化等不同領(lǐng)域都有著廣闊的應(yīng)用前景。而納/微米結(jié)構(gòu)的ZnO具有比薄膜和體單晶更加優(yōu)越的性能，如高的結(jié)晶質(zhì)量和量子限域效應(yīng)等，可以用于納/微米紫外激光器、發(fā)光二極管、場發(fā)射晶體管等光電器件的制備，成為納/微米半導(dǎo)體材料研究領(lǐng)域的新熱點。ZnO的微米結(jié)構(gòu)和納米結(jié)構(gòu)相比，由于其尺寸較大可以在肉眼或光學(xué)顯微鏡下進行操作，所以其相關(guān)器件的制作就更方便和容易，此外，單根微米線制成的發(fā)光器件在發(fā)光性能發(fā)面也要優(yōu)于單根納米線的發(fā)光器件。為了實現(xiàn)納/微米結(jié)構(gòu)的ZnO同質(zhì)結(jié)光電器件的應(yīng)用,η型和P型ZnO納/微米材料的制備是必需的，由于ZnO是本征η型半導(dǎo)體材料,很容易獲得η型ZnO,但是ρ型ZnO卻很難制備。經(jīng)過人們的大量努力，目前P型ZnO納/微米材料的研究已經(jīng)取得了一些進展。簡單化學(xué)氣相沉積(CVD)方法因不采用金屬有機源，具有設(shè)備簡單、價格低廉、生產(chǎn)成本低等一些優(yōu)勢，已廣泛用于低維材料的制備。目前已有采用CVD方法制備ρ型ZnO納米線和微米線以及納米線的同質(zhì)結(jié)發(fā)光二極管，但是由于受制備方法等因素的影響，迄今為止還沒有單根ZnO微米線同質(zhì)結(jié)發(fā)光二極管的相關(guān)報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中所存在的上述技術(shù)問題，提供一種用化學(xué)氣相沉積(CVD)設(shè)備制備單根ZnO微米線同質(zhì)結(jié)發(fā)光二極管的方法。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:一種單根ZnO微米線同質(zhì)結(jié)發(fā)光二極管的制備方法，其特征在于依次按如下步驟進行:
a.將純度大于99%的ZnO粉末和C粉按照質(zhì)量比I?10:1充分混合制成反應(yīng)源材料，將反應(yīng)源材料放入石英舟內(nèi)，然后再將石英舟放入化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)石英管的中心處，襯底位于反應(yīng)源材料下方f 30cm處；
b.通入載氣氬氣，氬氣流量為l(T500ml/min，當溫度加熱至95(Tll00°C時，通入氧氣，氧氣流量為100ml/min,開始η型ZnO微米線的生長,生長時間為15?30分鐘；
c.關(guān)閉氧氣、保持氬氣流量，降溫至400?700°C拔掉進氣口處的石英帽，把石英舟取
出；
d.將純度大于99%的ZnO粉末和C粉及純度大于99.9%的Sb2O3粉末按照質(zhì)量比20:3:1?10充分混合制成反應(yīng)源材料，再將反應(yīng)源材料放入另一石英舟內(nèi)，然后再將此石英舟放入化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)石英管的中心處；
e.當溫度加熱至95(Tll00°C時,通入氧氣,氧氣流量為flOOml/min,開始ρ型ZnO微米線的生長，生長時間為20~40分鐘；
f.關(guān)閉氧氣，保持氬氣流量，降溫至室溫，取出樣品；
g.從樣品襯底底部剝離出單根微米線，分別在單根微米線的兩端制作電極，從而制成單根ZnO微米線同質(zhì)結(jié)發(fā)光二極管。
[0005]所述生長溫度均為1000°C ;所述d步驟的純度大于99%的ZnO粉末和C粉及純度大于99.9%的Sb2O3粉末的質(zhì)量比為20:3:5。
[0006]本發(fā)明是采用簡單的CVD方法通過控制生長時間等參數(shù)，首先在襯底上生長一層高取向的未摻雜η型ZnO微米線，然后在其上繼續(xù)生長一層Sb摻雜的ρ型ZnO微米線，從而制備出ZnO微米線的同質(zhì)結(jié)，再從樣品襯底底部剝離出單根的微米線，在其兩端做好電極，所得微米線直徑為10-?00μπι，長度為f20mm。不但制備過程簡單、成本低，通過對該器件測試表明該器件具有良好的整流特性和極強的發(fā)光性能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1是本發(fā)明實施例1所得ZnO微米線同質(zhì)p_n結(jié)的場發(fā)射掃描電子顯微鏡照片(FE-SEM)0
[0008]圖2是本發(fā)明實施例1所得單根ZnO微米線同質(zhì)結(jié)發(fā)光二極管的1-V曲線圖。
[0009]圖3是本發(fā)明實施例2所得ZnO微米線同質(zhì)p_n結(jié)的場發(fā)射掃描電子顯微鏡照片(FE-SEM)0
[0010]圖4是本發(fā)明實施例3所得ZnO微米線同質(zhì)p_n結(jié)的場發(fā)射掃描電子顯微鏡照片(FE-SEM)0
[0011]圖5是本發(fā)明實施例4所得單根ZnO微米線同質(zhì)結(jié)發(fā)光二極管的電致發(fā)光照片。
【具體實施方式】
[0012]實施例1:
a.將純度大于99%的ZnO粉末和C粉按照質(zhì)量比2:1充分混合制成反應(yīng)源材料，將反應(yīng)源材料放入石英舟內(nèi)，然后再將石英舟放入化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)生長室內(nèi)的高溫加熱區(qū)，娃襯底位于反應(yīng)源材料下方20cm處；
襯底可以采用氧化鋅、氮化鎵、藍寶石、碳化硅、硅、砷化鎵、磷化銦、氟化鈣、石英、玻璃以及金屬，也可以直接以化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)的石英管內(nèi)壁為襯底；
b.通入高純度氬氣為載氣，氬氣流量為50ml/min，當溫度加熱至1000°C時，通入氧氣，氧氣流量為25ml/min，開始η型ZnO微米線的生長，生長時間為15分鐘；
c.關(guān)閉氧氣、保持氬氣流量，降溫至500°C拔掉進氣口處的石英管帽，把反應(yīng)完的裝有ZnO粉末和C粉的石英舟取出；
d.將純度大于99%的ZnO粉末和C粉及純度大于99.9%的Sb2O3粉末按照質(zhì)量比20:3:3充分混合制成反應(yīng)源材料,再將反應(yīng)源材料放入另一石英舟內(nèi)，然后再將此石英舟放入化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)生長室 內(nèi)的高溫加熱區(qū)；
e.當溫度加熱至1000°C時,通入氧氣,氧氣流量為25ml/min,開始ρ型ZnO微米線的生長，生長時間為20分鐘；
f.關(guān)閉氧氣，保持氬氣流量，降溫至室溫，取出樣品； g.用細牙簽仔細從樣品襯底底部剝離出單根微米線，放在干凈的玻璃載玻片上，在微米線的兩端分別點上導(dǎo)電銀膠制成電極，從而制成單根ZnO微米線同質(zhì)結(jié)發(fā)光二極管。
[0013]本發(fā)明實施例1在襯底上有大量的微米線生長出來，而且取向性非常好，都垂直于襯底表面。生長出的微米線直徑大約為30μπι，長度約為20mm，其掃描電鏡照片如圖1所示。此外，制成的單根ZnO微米線同質(zhì)結(jié)發(fā)光二極管呈現(xiàn)出較好的整流特性，J-K曲線如圖2所示。
[0014]實施例2:
方法與實施例1基本相同，與實施例1所不同的是兩次生長溫度均為950°c。所得樣品的掃描電鏡照片如圖3所示。從圖3中可以看出樣品表面有一些微米線的生成，但是微米線的長度相對較短(5mm)，取向性不及實施例1。
[0015]實施例3:
方法與實施例1基本相同，與實施例1所不同的是兩次生長溫度均為1100°c。所得樣品的掃描電鏡照片如圖4所示。從圖4中可以看出樣品表面有大量的微米線的生成，但是微米線的長度相對較短(10_)，取向性亦不及實施例1。
[0016]實施例4:
方法與實施例1基本相同，與實施例1所不同的是d步驟的純度大于99%的ZnO粉末和C粉及純度大于99.9%的Sb2O3粉末的質(zhì)量比為20:3:5，分別為20克3克和5克。所得制品的發(fā)光二極管的電致發(fā)光強度高，如圖3所示。
[0017]對比實驗表明:隨著Sb含量的增加，微米線的長度開始變短，而且其直徑和長度也開始變得不均勻，Sb含量是隨著Sb2O3粉量的增加而有所增加。分別將實施例1、2、3、4實現(xiàn)了室溫下的電致發(fā)光，其發(fā)光強度很強在亮室中就可以用肉眼清楚的觀察到，在相同外加電壓下，實施例4的電致發(fā)光發(fā)光強度要高于實施例1、2、3。
【權(quán)利要求】
1.一種單根ZnO微米線同質(zhì)結(jié)發(fā)光二極管的制備方法，其特征在于依次按如下步驟進行: a.將純度大于99%的ZnO粉末和C粉按照質(zhì)量比I?10:1充分混合制成反應(yīng)源材料，將反應(yīng)源材料放入石英舟內(nèi)，然后再將石英舟放入化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)石英管的中心處，襯底位于反應(yīng)源材料下方f 30cm處； b.通入載氣氬氣，氬氣流量為l(T500ml/min，當溫度加熱至95(Tll00°C時，通入氧氣，氧氣流量為100ml/min,開始η型ZnO微米線的生長,生長時間為15?30分鐘； c.關(guān)閉氧氣、保持氬氣流量，降溫至400?700°C拔掉進氣口處的石英帽，把石英舟取出； d.將純度大于99%的ZnO粉末和C粉及純度大于99.9%的Sb2O3粉末按照質(zhì)量比20:3:1?10充分混合制成反應(yīng)源材料，再將反應(yīng)源材料放入另一石英舟內(nèi)，然后再將此石英舟放入化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)石英管的中心處； e.當溫度加熱至95(Tll00°C時,通入氧氣,氧氣流量為flOOml/min,開始p型ZnO微米線的生長，生長時間為20?40分鐘； f.關(guān)閉氧氣，保持氬氣流量，降溫至室溫，取出樣品； g.從樣品襯底底部剝離出單根微米線，分別在單根微米線的兩端制作電極，從而制成單根ZnO微米線同質(zhì)結(jié)發(fā)光二極管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單根ZnO微米線同質(zhì)結(jié)發(fā)光二極管的制備方法，其特征在于:所述生長溫度為1000°C ;所述d步驟的純度大于99%的ZnO粉末和C粉及純度大于99.9%的Sb2O3粉末的質(zhì)量比為20:3:5。
【文檔編號】H01L33/26GK103715325SQ201310730886
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年12月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月26日
【發(fā)明者】馮秋菊, 唐凱, 呂佳音, 劉洋, 李夢軻 申請人:遼寧師范大學(xué)