[发明专利]一种氮化物横向极性结及其制备方法、深紫外发光二极管

说明书

本发明提供了一种氮化物横向极性结及其制备方法、深紫外发光二极管，该氮化物横向极性结，包括：衬底；二维材料微纳图形层；氮化物材料层。本发明的氮化物横向极性结，二维材料微纳图形层的材料能够实现氮化物材料层的均匀极性反转，有效地抑制了传统极性调控方法存在的非均匀极性材料共存的难题；过渡金属二硫属化合物层间弱的范德华作用力，能够有效的消除衬底和氮化物材料层之间的晶格失配作用，提高N极性氮化物材料的晶体质量，同时降低内部的残余应力。本发明的深紫外发光二极管，包括氮化物横向极性结，配合氮化物横向极性结实现电子和空穴的高效复合发光，能够实现载流子横向输运特性的调控，提高深紫外发光效率。

技术领域

本发明涉及氮化物材料极性结技术领域，尤其涉及一种氮化物横向极性结及其制备方法、深紫外发光二极管。

背景技术

具有纤锌矿结构的氮化物材料沿其c轴方向具有镜面对称性，定义金属极性的氮化物外延方向为[0001]、N极性氮化物外延方向为具有反向极性的氮化物材料将诱导形成相反的极化电场，通过合理地设计氮化物基电子器件中各层材料的组分和极性，实现器件中极化电场方向以及电子气浓度、位置的有效调控，获得高性能、多功能的氮化物基电子器件。然而，现有的电子器件结构通常在垂直方向设计氮化物材料的极性结，极大地限制了器件的调控范围。

特别是对于深紫外发光二极管的量子阱结构，由于内建极化电场的作用，氮化物材料的能带倾斜导致电子-空穴对发生空间分离、波函数重叠降低，进而导致器件的发光效率下降，即量子限制斯塔克效应。这种限制效应很难通过设计垂直构型的氮化物极性结进行改善。相反，通过设计横向极性结，结合现有的垂直结构型，能够实现对氮化物材料的三维能带结构进行全方位的调控，进而实现高效率的深紫外发光器件。例如：设计横向周期性分布的N极性和金属极性的氮化物材料量子阱结构，二者的能带弯曲方向相反，金属极性区域中的载流子能够横向输运至N极性的氮化物材料中；基于N极性氮化物材料中较高的波函数交叠，输运进入的载流子在N极性氮化物材料中实现高效的辐射复合，能够有效地提高深紫外波段器件的发光效率。

然而，现有的氮化物横向极性结通常是在蓝宝石衬底或特定极性氮化物材料模板上选区掩膜，再进行分步生长来实现。存在两个较为突出的难点和不足：其一、现有的衬底图案化工艺复杂，且对于氮化物衬底模板，≥4英寸的批量化生产仍未实现；其二、基于该方法制备的N极性氮化物材料存在部分极性反转的问题，同时N极性氮化物材料的晶体质量较差。

基于此，现有的氮化物材料横向极性结制备工艺还不能满足高质量、大尺寸器件的生产，并未能有效地对深紫外发光二极管的性能进行优化提升。因此，需要对现有的氮化物材料横向极性结的制备工艺进行改进。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种氮化物横向极性结及其制备方法、深紫外发光二极管，以解决现有技术中存在的技术缺陷。

第一方面，本发明提供了一种氮化物横向极性结，包括：

衬底；

二维材料微纳图形层，其阵列设置于所述衬底一侧面；

氮化物材料层，其位于所述衬底的一侧面且位于相邻二维材料微纳图形层之间以及位于所述二维材料微纳图形层远离所述衬底的一侧面；其中，所述二维材料微纳图形层的材料包括过渡金属二硫属化合物、g-C₃N和g-C₃N₄中的至少一种。

优选的是，所述的氮化物横向极性结，还包括缓冲层，所述缓冲层位于所述氮化物材料层和所述衬底之间以及位于所述氮化物材料层与所述二维材料微纳图形层之间。

第二方面，本发明还提供了一种氮化物横向极性结的制备方法，包括以下步骤：

提供衬底；

在所述衬底的一侧面制备阵列设置的二维材料微纳图形层；