[發(fā)明專利]一種無機電致發(fā)光器件及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310149226.3
• 申請日: 2013-04-25
• 公開（公告）號: CN104124316B
• 公開（公告）日: 2017-11-21
• 發(fā)明（設計）人: 馬向陽;楊揚;楊德仁
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H01L33/26
• 分類號: H01L33/26;H01L33/00;H01L33/52;H01L33/50
• 代理公司: 浙江杭州金通專利事務所有限公司33100
• 代理人: 劉曉春

技術領域

本發(fā)明涉及光電子技術領域，具體涉及一種無機電致發(fā)光器件及其制備方法。

背景技術

具有未填滿的4f殼層的鑭系稀土原子或離子，其4f電子在不同組態(tài)之間的躍遷，可以產(chǎn)生從紫外光、可見光到紅外光區(qū)的極為豐富的波長的光發(fā)射。采用稀土作為發(fā)光中心的材料具有很多優(yōu)點：發(fā)光譜帶窄，色純度高，色彩鮮艷，轉換效率高，發(fā)射波長分布范圍寬；并且由于4f軌道的電子處于內(nèi)層軌道，在外部滿電子殼層的屏蔽下，幾乎不受外界環(huán)境的影響，因而發(fā)光顏色基本不隨基體的性質(zhì)變化而改變，物理和化學性質(zhì)穩(wěn)定，耐高溫，可承受高能輻射的作用，溫度淬滅小。基于以上這些優(yōu)異的性能，使得摻雜稀土的化合物成為探尋新型發(fā)光材料的主要研究對象。

目前基于Ⅲ-Ⅴ族半導體的摻雜稀土的發(fā)光器件已有較多報道(M. Garter, J. Scofield, R. Birkhahn, and A.J. Steckl, Applied Physics Letters 74, 182 (1999)；R. Birkhahn, M. Garter, and A.J. Steckl, Applied Physics Letters 74, 2161 (1999)；A.J. Steckl, M. Garter, D.S. Lee, J. Heikenfeld and R. Birkhahn, Applied Physics Letters 75, 2184 (1999))，但Ⅲ-Ⅴ族半導體不可或缺的Ga面臨資源稀缺的限制，而且制備Ⅲ-Ⅴ族半導體的設備成本高昂，難以實現(xiàn)廉價的大規(guī)模生產(chǎn)。而摻雜稀土的有機材料制得的器件，由于存在著無法避免的老化的問題，面臨器件壽命短，容易失效等問題。在寬禁帶氧化物半導體中，由于存在稀土離子與氧的配位體，稀土離子具有高活性，并且氧化物物理化學性質(zhì)穩(wěn)定，制備簡便，設備要求低，成本低廉，是理想的摻雜稀土的基體材料。關于摻雜稀土的氧化物薄膜的發(fā)光器件已有報道(J. G. Li, X. H. Wang, C. C. Tang, T. Ishigaki and S. Tanaka, Journal of the American Ceramic Society 91, 2032 (2008)；E. F. Pecora, T. I. Murphy and L. D. Negro, Applied Physics Letters 101, 191115 (2012))，但是以上研究中得到的器件普遍存在結構設計過于簡單，激發(fā)效率較低，發(fā)光較弱，工作電壓高等問題。因此如何通過優(yōu)化材料和結構，提高基于摻雜稀土的氧化物的低壓電致發(fā)光器件的性能，目前仍面臨巨大的挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供了一種無機電致發(fā)光器件及其制備方法，該發(fā)光器件結構簡單、制造方便、成本低廉，可與其他硅基光電器件集成，并且全部為無機材料組成，避免了采用有機材料時無法避免的老化問題。在較低的直流偏壓下，該器件在可見及紅外光區(qū)出現(xiàn)了顯著的源自摻入的稀土離子的特征發(fā)光峰，利用該器件發(fā)光時，可通過摻入不同的稀土得到不同顏色或光區(qū)的發(fā)光，并且發(fā)光效率高，能耗小。

本發(fā)明采用以下的技術方案：

本發(fā)明提供兩種結構的無機電致發(fā)光器件，

1）一種無機電致發(fā)光器件，包括：

襯底、自下而上依次沉積在襯底正面的發(fā)光層、第一勢壘層和透明電極層、以及沉積在襯底背面的歐姆接觸電極；所述的襯底為導電的無機材料，所述的發(fā)光層為摻雜稀土的第一氧化物薄膜，所述的第一勢壘層為禁帶寬度大于發(fā)光層0.2～1 eV的第二氧化物薄膜，所述的第一勢壘層的厚度為50～200 nm；作為優(yōu)選，所述的第一勢壘層的厚度為80～150 nm。

2）一種無機電致發(fā)光器件，包括：

襯底、自下而上依次沉積在襯底正面的第二勢壘層、發(fā)光層、第一勢壘層和透明電極層、以及沉積在襯底背面的歐姆接觸電極；所述的襯底為導電的無機材料，所述的發(fā)光層為摻雜稀土的第一氧化物薄膜，所述的第一勢壘層或第二勢壘層為禁帶寬度大于發(fā)光層0.2～1 eV的第二氧化物薄膜，所述的第一勢壘層、第二勢壘層可相同或不同，也就是，第一勢壘層、第二勢壘層可分別選用相同材料、相同厚度的第二氧化物薄膜，也可以分別選用相同材料、不同厚度的第二氧化物薄膜，也可以分別選用不同材料、相同厚度的第二氧化物薄膜，還可以分別選用不同材料、不同厚度的第二氧化物薄膜，所述的第一勢壘層或第二勢壘層的厚度為50～200 nm；作為優(yōu)選，所述的第一勢壘層或第二勢壘層的厚度為80～150 nm。