一种基于p-GaN/CsPbBr3/n-ZnO异质结的发光二极管及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于p

【技术实现步骤摘要】
一种基于p
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GaN/CsPbBr3/n
‑
ZnO异质结的发光二极管及制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体光电子器件
，尤其是一种基于p
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GaN/CsPbBr3/n
‑
ZnO异质结的发光二极管及制备方法。

技术介绍

[0002]自20世纪90年代，在N2气氛下通过热退火实现低电阻率掺镁p
‑
GaN薄膜以来，世界进入了一个绿色节能的半导体照明的新时代。基于氮化镓、氧化锌、碳化硅等无机半导体的发光二极管由于其发光效率高、环境友好等优点，它们作为一种新型半导体发光材料已得到了广泛的研究。氧化锌具有60meV的高激子结合能和3.37eV的宽直接带隙，是一种非常有前途的紫外发光二极管特别是激光二极管的半导体材料。但由于ZnO材料自身存在大量锌填隙和氧空位缺陷，背景电子浓度高达10
18
/cm3，本征点缺陷的自补偿效应，ZnO材料的p型掺杂异常困难，使得目前ZnO基发光器件的发光效率普遍较低，这阻碍了氧化锌紫外发光二极管和激光二极管的发展。为了解决这一难题，引入p
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GaN来制备氧化锌基发光二极管和激光二极管，但它仍然存在许多问题，如载流子浓度低、方阻阻高。此外，n
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ZnO/p
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GaN异质结构的电泵浦激发光谱大多以p
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GaN中缺陷相关的可见光发射(～420nm)为主，并且n
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ZnO中的紫外发射总是受到抑制。特别是由于一维ZnO纳米棒高的比表面，使得存在更高的表面态和表面缺陷，从而影响发光效率。

技术实现思路

[0003]本专利技术所要解决的技术问题在于，提供一种基于p
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GaN/CsPbBr3/n
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ZnO异质结的发光二极管及制备方法，通过将CsPbBr3量子点引入p
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GaN/n
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ZnO异质结，实现与ZnO纳米棒阵列的复合，可有效抑制ZnO的表面态，降低ZnO的缺陷发光强度，改善发光二极管的电致发光性能。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种基于p
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GaN/CsPbBr3/n
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ZnO异质结的发光二极管，包括：n
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ZnO纳米棒阵列、CsPbBr3量子点、p
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GaN薄膜和合金电极；在蒸镀有ZnO种子层的硅片上生长ZnO纳米棒阵列，将CsPbBr3量子点均匀旋涂在ZnO纳米棒阵列上，然后在CsPbBr3量子点/ZnO阵列复合结构顶部加上GaN薄膜，分别在n
‑
ZnO和p
‑
GaN上制备合金电极。
[0005]优选的，n
‑
ZnO纳米棒阵列的电子浓度为10
16
～10
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/cm3，电子迁移率为5～50cm2/V
·
s。
[0006]优选的，CsPbBr3量子点的尺寸为5～20nm，发光中心在510～530nm。
[0007]优选的，p
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GaN薄膜厚度为2～6μm，空穴浓度为10
17
～10
19
/cm3，空穴迁移率为20～100cm2/V
·
s。
[0008]优选的，n
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ZnO纳米棒阵列一端的电极为阴极，p
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GaN一端的电极为阳极，所述电极为Ni/Au合金电极或者Ti/Au合金电极，电极厚度为20～40nm。
[0009]相应的，一种基于p
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GaN/CsPbBr3/n
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ZnO异质结的发光二极管的制备方法，包括如下步骤：
[0010](1)n
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ZnO纳米棒阵列的制备：将硅片称底切成3cm
×
3cm，使用丙酮和无水乙醇混合溶液进行超声清洗，并用氮气吹干，作为生长衬底；利用磁控溅射方法在硅片上生长一层2～10nm厚度的ZnO种子层，放入两端开口的长度20cm、直径8cm的石英管；将纯度均为99.97
‑
99.99％的ZnO粉末和粒径为0.5～2μm的碳粉末按照质量比1:1～1:1.3混合研磨，填入陶瓷舟内；将石英管整体水平推入管式炉中高温反应。
[0011](2)CsPbBr3量子点的制备：将0.814g Cs2CO3、40ml十八烯以及2.5ml油酸加入到50ml的三颈烧瓶中，再在120℃下干燥1～2h，在120～160℃下将其在N2气氛下加热，直到Cs2CO3与油酸反应完全，将烧瓶置于室温，铯油酸盐会从十八烯中析出，作为前驱液，室温保存。将0.69g的PbBr2(1.875mmol)，5mL油酸，5mL油胺和50mL的十八烯混合在50mL的三颈烧瓶中，并且在120℃下真空干燥30min。在N2环境下将温度升至180℃，并保持约5min。然后将4mL制备好的前驱体迅速注入烧瓶中。随后，利用冰浴冷却反应混合物5s。将该溶液以5000～10000rpm离心10～15min。然后，将所得沉淀物用甲苯洗涤，并离心多次，得到CsPbBr3量子点。
[0012](3)将步骤(2)中的反应物CsPbBr3量子点均匀旋涂于步骤(1)制备的n
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ZnO纳米棒阵列，构成CsPbBr3量子点/ZnO阵列复合结构。
[0013](4)将步骤(3)最后生成的CsPbBr3量子点/ZnO阵列复合结构顶部加上GaN薄膜，并在n
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ZnO纳米棒阵列一端的电极为阴极，p
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GaN一端的电极为阳极，构成p
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GaN/CsPbBr3/n
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ZnO异质结发光二极管，测量其电泵浦发光光谱。
[0014]优选的，步骤(1)中，高温反应的反应温度为1000～1200℃，反应时间为10～60min；所述氩气流量为130～180sccm，氧气流量为13～18sccm。
[0015]优选的，步骤(2)中，反应物CsPbBr3量子点尺寸为5～20nm，发光中心在510～530nm。
[0016]优选的，步骤(4)中，所述制备金属电极使用的方法为磁控溅射法或电子束蒸镀法，在p
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GaN一端和n
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ZnO纳米棒阵列一端分别镀上两层电极形成Ni/Au合金电极或者Ti/Au合金电极，电极厚度为20～40nm。所述合金电极为欧姆接触电极。
[0017]本专利技术的有益效果为：本专利技术通过将CsPbBr3量子点引入p
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GaN/n
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ZnO异质结，实现与ZnO纳米棒阵列的复合，可有效抑制ZnO的表面态，降低ZnO的缺陷发光强度，改善发光二极管的电致发光性能。
附图说明
[0018]图1为本专利技术的一种p
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GaN/CsPbBr3量子点/n...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于p
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GaN/CsPbBr3/n
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ZnO异质结的发光二极管，其特征在于，包括：n
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ZnO纳米棒阵列、CsPbBr3量子点、p
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GaN薄膜和合金电极；在蒸镀有ZnO种子层的硅片上生长ZnO纳米棒阵列，将CsPbBr3量子点均匀旋涂在ZnO纳米棒阵列上，然后在CsPbBr3量子点/ZnO阵列复合结构顶部加上GaN薄膜，分别在n
‑
ZnO和p
‑
GaN上制备合金电极。2.如权利要求1所述的基于p
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GaN/CsPbBr3/n
‑
ZnO异质结的发光二极管，其特征在于，n
‑
ZnO纳米棒阵列的电子浓度为10
16
～10
19
/cm3，电子迁移率为5～50cm2/V
·
s。3.如权利要求1所述的基于p
‑
GaN/CsPbBr3/n
‑
ZnO异质结的发光二极管，其特征在于，CsPbBr3量子点的尺寸为5～20nm，发光中心在510～530nm。4.如权利要求1所述的基于p
‑
GaN/CsPbBr3/n
‑
ZnO异质结的发光二极管，其特征在于，p
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GaN薄膜厚度为2～6μm，空穴浓度为10
17
～10
19
/cm3，空穴迁移率为20～100cm2/V
·
s。5.如权利要求1所述的基于p
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GaN/CsPbBr3/n
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ZnO异质结的发光二极管，其特征在于，n
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ZnO纳米棒阵列一端的电极为阴极，p
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GaN一端的电极为阳极，所述电极为Ni/Au合金电极或者Ti/Au合金电极，电极厚度为20～40nm。6.一种如权利要求1所述的基于p
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GaN/CsPbBr3/n
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ZnO异质结的发光二极管的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)n
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ZnO纳米棒阵列的制备：将硅片称底切成3cm
×
3cm，使用丙酮和无水乙醇混合溶液进行超声清洗，并用氮气吹干，作为生长衬底；利用磁控溅射方法在硅片上生长一层2～10nm厚度的ZnO种子层，放入两端开口的长度20cm、直径8cm的石英管；将纯度均为99.97
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【专利技术属性】
技术研发人员：石增良，陈天朗，徐春祥，李竹新，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：