[發明專利]硅基上的近紅外量子點電致發光的器件及制備方法

有效

• 申請號: 201210308854.7
• 申請日: 2012-08-27
• 公開（公告）號: CN102820391A
• 公開（公告）日: 2012-12-12
• 發明（設計）人: 許興勝;李成果
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: H01L33/06
• 分類號: H01L33/06;H01L33/20
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 湯保平

技術領域

本發明涉及一種電致發光器件，特別是一種在硅基上的近紅外量子點電致發光的器件及制備方法。

背景技術

硅(Si)是一種重要的半導體集成電路材料，但由于硅是間接帶隙材料，發光效率低，為了在硅片上實現光電集成，在過去的幾十年，人們開展了大量硅基發光材料和器件的研究工作，如在硅襯底上集成III-V族發光材料，或者制作多孔硅等。硅基近紅外光源有望用于光通訊中，與成熟的CMOS工藝結合，作為光電子集成甚至全光通訊中的光源。

膠體量子點是一種新型的量子點材料，它是粒徑在納米尺度的晶體粒子，可以采用化學方法合成得到。因此與傳統的真空生長得到的量子點不同，膠體量子點的制備不需要考慮與襯底的晶格匹配，因此幾乎可以與任意襯底集成。再者，膠體量子點的發光波長可以通過控制其粒徑進行調制，因此可以很方便的獲得各個波長的發光。

如果將近紅外的膠體量子點與硅材料相結合，利用膠體量子點不需要考慮晶格匹配、發光波長可通過粒徑調控的優點，以及現有的成熟的CMOS工藝，在硅基上制作出近紅外膠體量子點的發光光源，將可能為硅基光電子集成、未來光通訊開辟一條新道路。

發明內容

本發明的主要目的在于，提供一種硅基上的近紅外量子點電致發光的器件及制備方法，它的發光頻率可調諧，且材料容易獲得，制作成本低廉，工藝簡單。

本發明提供一種硅基上的近紅外量子點電致發光的器件，包括：

一襯底；

一氧化層，該氧化層制作在襯底上，該氧化層為二氧化硅薄膜，其通過分擔電壓，平衡電子和空穴的注入；

一發光層，該發光層制作在氧化層上，該發光層為近紅外發光的膠體量子點；

一電子傳輸層，該電子傳輸層制作在發光層上，該電子傳輸層可以傳輸電子，提高電子載流子注入效率；

一金屬電極，該金屬電極制作在電子傳輸層上，該金屬電極用于向發光層注入電子；

其中所述襯底、氧化層、發光層、電子傳輸層和金屬電極為平板波導結構或為脊形波導結構，所述脊形波導結構的襯底為凸字形，中間有一凸臺，所述氧化層、發光層、電子傳輸層和金屬電極均制作在襯底的凸臺上。

本發明還提供一種硅基上的近紅外量子點電致發光的器件的制備方法，包括如下步驟：

步驟1：取一襯底；

步驟2：在襯底上制作一氧化層，該氧化層為二氧化硅薄膜，其通過分擔電壓，平衡電子和空穴的注入；

步驟3：在氧化層上制作發光層，該發光層為近紅外發光的膠體量子點；

步驟4：在發光層上制作一電子傳輸層，該電子傳輸層可以傳輸電子，提高電子載流子注入效率。

步驟5：在傳輸層上制作一金屬電極，該金屬電極用于向發光層注入電子。

附圖說明

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發明進一步詳細說明，其中：

圖1為本發明第一實施例的結構示意圖，其是顯示在完全硅襯底上的平板結構；

圖2為本發明第二實施例的結構示意圖，其是顯示在SOI襯底上的脊形波導結構。

具體實施方式

請參閱圖1及圖2所示，本發明提供一種硅基上的近紅外量子點電致發光的器件，包括：

一襯底10，該襯底10的材料為重摻雜的p型或n型完全硅材料，或者為重摻雜的p型或n型SOI材料，重摻雜的硅或SOI電阻率小于25Ω·cm，該襯底10作為電極向器件注入空穴；

一氧化層20，該氧化層20用快速熱氧化法或者高溫低壓氧化法制作在襯底10上，該氧化層20為厚度是1-5nm的二氧化硅薄膜，其通過分擔電壓，改變襯底硅的費米能級以及發光層的導帶和價帶能級的位置，來平衡電子和空穴的注入，從而提高載流子在發光層中的輻射復合幾率；

一發光層30，該發光層30是用旋涂方法制作在氧化層20上的膠體量子點，該發光層30為近紅外發光的膠體量子點，該發光層30為發光波長是1100-1700nm的近紅外波段的膠體量子點材料；

一電子傳輸層40，該電子傳輸層40是采用旋涂工藝或者真空生長工藝制作在發光層30上，該電子傳輸層可以傳輸電子，提高電子載流子注入效率，該電子傳輸層40為n型的寬禁帶半導體薄膜；

一金屬電極50，該金屬電極50采用電子束蒸發或者熱蒸發工藝制作在電子傳輸層40上，該金屬電極50的材料可以為鋁或者銀或者金，厚度為50-500nm之間，該金屬電極50用于向發光層30注入電子；