[發(fā)明專利]一種基于鉺摻雜CeO2薄膜的電致發(fā)光器件及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510056948.3
• 申請(qǐng)日: 2015-02-04
• 公開（公告）號(hào): CN104681682B
• 公開（公告）日: 2017-06-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬向陽;呂春燕;楊德仁
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L33/26
• 分類號(hào): H01L33/26;H01L33/00
• 代理公司: 杭州天勤知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司33224
• 代理人: 胡紅娟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種光電子技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于鉺摻雜CeO₂薄膜的電致發(fā)光器件及其制備方法。

背景技術(shù)

稀土摻雜氧化物發(fā)光材料在平面顯示、激光材料和光纖通訊等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用。

由于鉺(Er³⁺)離子內(nèi)層4f電子躍遷的發(fā)光波長(zhǎng)位于～1540nm，符合光纖通信的最小吸收波長(zhǎng)，因而摻Er材料的研究對(duì)硅基光電通訊具有十分重要的意義。基于摻鉺的Si基發(fā)光材料的研究早已見諸報(bào)道，他們大多關(guān)注于摻鉺的氧化硅(A.Irrera，F(xiàn).Iacona，G.Franzo，M.Miritello，R.L.Savio，M.E.Castagna，S.Coffa，and F.Priolo，J.Appl.Phys.107，054302(2010))、氮化硅(S.Yerci，R.Li，andL.Dal Negro，Appl.Phys.Lett.97，081109(2010))、氧化鋅(Y.Yang，Y.P.Li，L.L.Xiang，X.Y.Ma，and D.R.Yang.Appl.Phys.Lett.102，181111(2013))、氮化鎵(M.Garter，J.Scofield，R.Birkhahn and A.J.Steckl，Appl.Phys.Lett.74，182(1999)；R.Dahal，C.Ugolini，J.Y.Lin，H.X.Jiang and J.M.Zavada，Appl.Phys.Lett.97，141109(2010))等體系，但這些材料存在一些不可避免的缺點(diǎn)，如摻Er的Si基器件發(fā)光效率很低，摻鉺的氧化硅器件電注入困難、時(shí)效短，摻鉺的ZnO材料可固溶Er³⁺濃度不高，摻鉺的GaN材料又受到高真空設(shè)備及稀缺的資源限制等問題。

基于稀土摻雜的電致發(fā)光器件主要依靠能量傳遞和碰撞離化兩種激發(fā)機(jī)制。最近Cueff等人研究證明，在金屬-氧化物-半導(dǎo)體(MOS)結(jié)構(gòu)器件中，熱載流子的注入而產(chǎn)生的碰撞激發(fā)可使稀土Er³⁺離子的特征發(fā)光效率更高。然而，對(duì)于常規(guī)的基于熱載流子碰撞激發(fā)稀土發(fā)光中心的電致發(fā)光器件而言，一般需要在高電壓和場(chǎng)強(qiáng)下來激發(fā)器件的稀土發(fā)光，已有的報(bào)道中基于碰撞離化的電致發(fā)光器件的發(fā)光驅(qū)動(dòng)電壓在三十到二百多伏， 驅(qū)動(dòng)電壓較高。

綜上而言，尋求新的優(yōu)質(zhì)發(fā)光基質(zhì)以獲得低電壓、長(zhǎng)壽命、高激發(fā)效率的鉺摻雜發(fā)光器件仍然是科研工作者們面臨的挑戰(zhàn)。

CeO₂是一種價(jià)廉而用途廣泛的輕稀土氧化物，具有面心立方螢石(CaF₂)結(jié)構(gòu)。因其特有的結(jié)構(gòu)特性、很好的化學(xué)穩(wěn)定性、較高的介電常數(shù)(ε＝26)以及與Si十分接近的晶格常數(shù)(0.5411nm)等性能，CeO₂在催化劑、燃料電池等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。近年來，CeO₂在發(fā)光材料方面的應(yīng)用也逐漸得到了研究者們的重視，尤其是Ce⁴⁺離子半徑為0.097nm，與三價(jià)稀土離子半徑接近，有望固溶更多的稀土離子而成為發(fā)光中心，而且CeO₂在近紫外區(qū)有強(qiáng)吸收，同時(shí)其聲子截止頻率低(457cm^-1)、光學(xué)透明性好、折射率高，這些都有利于CeO₂作為一種發(fā)光基質(zhì)材料而獲得高效率的稀土離子發(fā)光。

近年來已有研究者報(bào)道了純CeO₂、CeO₂：Er³⁺、CeO₂：Eu³⁺、CeO₂：Sm³⁺等體系的發(fā)光特性(S.Fujihara，M.Oikawa，M.J.Appl.Phys.S，95，8002(2004)；H.Guo，J.Solid State Chem.180(1)，127(2007))，但這些均只針對(duì)體系的光致發(fā)光性能，未見任何基于稀土摻雜CeO₂體系器件的電致發(fā)光方面的研究。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中基于碰撞離化的電致發(fā)光器件的發(fā)光驅(qū)動(dòng)電壓較高的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種基于稀土鉺摻雜CeO₂薄膜的電致發(fā)光器件及其制備方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：

一種基于稀土鉺摻雜CeO₂薄膜的電致發(fā)光器件，包括硅襯底，硅襯底正面依次設(shè)有發(fā)光層、透明電極層，硅襯底背面設(shè)有歐姆接觸電極，所述的發(fā)光層為摻雜稀土鉺的CeO₂薄膜。