[發明專利]一種基于鉺、氟共摻雜ZnO薄膜的電致發光器件及制備方法

有效

• 申請號: 201811214982.9
• 申請日: 2018-10-18
• 公開（公告）號: CN109509819B
• 公開（公告）日: 2021-12-10
• 發明（設計）人: 馬向陽;陳金鑫;楊德仁
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H01L33/28
• 分類號: H01L33/28;H01L33/00
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 韓聰

本發明公開了一種基于鉺、氟共摻雜ZnO薄膜的電致發光器件及其制備方法和發光方法，屬于光電子技術領域。所述的電致發光器件，包括外延硅襯底，硅襯底正面依次設有發光層、透明電極層，硅襯底背面設有歐姆接觸電極，所述的發光層為鉺和氟共摻雜的ZnO薄膜。本發明的電致發光器件在6～10V的正向偏壓(即Au歐姆接觸電極接負電壓，ITO透明電極層接正電壓)下可發光，且電致發光譜中有且僅有位于可見光區和紅外光區的鉺離子的特征發光峰，無任何ZnO基質相關的發光峰。

技術領域

本發明涉及光電子技術領域，具體涉及一種基于鉺、氟共摻雜ZnO薄膜的電致發光器件及其制備方法。

背景技術

稀土摻雜氧化物發光材料在平面顯示、激光材料和光纖通訊等多領域具有重要應用。由于Er³⁺離子內層4f電子躍遷的發光波長～1.54μm，位于光通訊用石英光纖的最小損耗窗口，因而研究摻Er材料對實現硅基光電集成具有十分重要的意義。一直以來，人們將注意力集中在Er摻雜的氧化硅(A.Irrera,F.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,and L.Dal Negro,Appl.Phys.Lett.97,081109(2010))材料體系，但是這兩種體系存在一些譬如開啟電壓極高，電注入困難等較為棘手的問題。另外，基于Er摻雜Ⅲ-Ⅴ族材料的研究也較多，特別是Er摻雜的GaN材料(M.Garter,J.Scofield,R.Birkhahnand 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))，但是這種材料制備時需要高真空設備，并且在可預見的未來還會面臨Ga資源枯竭問題。因此，探尋一種資源豐富、器件開啟電壓低、高發光效率的新型半導體基質材料具有重要的現實意義。

ZnO作為一種常見的Ⅱ-Ⅵ族寬禁帶半導體材料，其室溫下禁帶寬度為3.37eV，激子束縛能為60meV。并且其導電能力適中，載流子的注入與傳輸較容易實現，因此較適合做電致器件。同時ZnO還具有抗輻照能力強，晶體生長溫度低，制備方法簡單多樣，易于濕化學腐蝕等優點，已在光電、壓電、磁性和氣敏等多種材料領域廣泛應用。

已有不少研究實現了基于Er摻雜ZnO的光致發光，但基于Er摻雜ZnO硅基電致發光器件的報道極少，特別是基于Er、F共摻雜ZnO/n-Si型電致發光器件還未見諸報道。

楊揚等在p⁺-Si上沉積摻Er的ZnO薄膜，成功制備了ZnO:Er/p⁺-Si異質結器件(YangYang,Yunpeng Li,Luelue Xiang,Xiangyang Ma,and Deren Yang,Applied PhysicsLetters 102,181111(2013))，該器件在10V的正向驅動電壓(p⁺-Si接正電壓)下發出Er的特征發光峰，但在可見光區檢測到ZnO中氧空位相關的發光寬包。這種情況下，ZnO基質相關的發光與Er的發光相互競爭，不利于進一步提高器件中Er的發光效率。楊揚等還嘗試在n⁺-Si上沉積ZnMgO/ZnO多層結構，成功制備出了ZnMgO/ZnO/n⁺-Si多層結構器件(Yang Yang,Yunpeng Li,Canxing Wang,Chen Zhu,Chunyan Lv,Xiangyang Ma,and Deren Yang,Adv.Optical Mater.2,240(2014))，該器件電致發光譜中只發現Er相關的發光峰，但是器件結構較為復雜，且熱處理條件較為嚴苛。因此，亟需一種更為簡單便捷實現純Er發光的方法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種結構簡單、方便操作的能夠實現純Er發光的電致發光器件。