[發(fā)明專利]一種量子點(diǎn)電致發(fā)光器件及其制備方法

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• 申請日: 2019-04-17
• 公開（公告）號: CN110416424A
• 公開（公告）日: 2019-11-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 許偉;劉南柳;彭俊彪;王琦;張國義
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué);北京大學(xué)東莞光電研究院
• 主分類號: H01L51/50
• 分類號: H01L51/50;H01L51/52;H01L51/54;H01L51/56
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍;江裕強(qiáng)

本發(fā)明公開了一種量子點(diǎn)電致發(fā)光器件及其制備方法，包括依次層疊的透明襯底，陰極、量子點(diǎn)發(fā)光層、空穴傳輸層、空穴注入層及金屬陽極，所述陰極為透明的氮化鎵材料。針對現(xiàn)有的量子點(diǎn)材料電致發(fā)光器件存在的能級不匹配問題，采用了透明的氮化鎵材料作為電致發(fā)光器件的陰極及電子注入層，結(jié)合氮化鎵材料的高的電子遷移率及其與量子點(diǎn)材料的LUMO能級匹配的表面功函數(shù)，有利于降低量子點(diǎn)器件的啟亮電壓，提升其電致發(fā)光效率與工作壽命，推動量子點(diǎn)材料在下一代顯示和照明領(lǐng)域的應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及寬禁帶半導(dǎo)體光電器件領(lǐng)域，特別涉及采用氮化鎵材料作為導(dǎo)電陰極與電子注入層、量子點(diǎn)作為電致發(fā)光材料的發(fā)光器件制備技術(shù)，具體涉及一種量子點(diǎn)電致發(fā)光器件及其制備方法。

背景技術(shù)

目前主流的固態(tài)照明方法是用藍(lán)光的LED芯片與傳統(tǒng)的黃色釔鋁石榴石(yttriumaluminum garnet,YAG:Ce)熒光粉組合而獲得白光LED。這種黃色熒光粉的發(fā)射光譜主要含有黃綠光，其紅光成分相對不足，這就造成了此類白光LED的顯色指數(shù)較低(一般不大于80)，甚至不及傳統(tǒng)的白熾燈等光源。而稀土熒光粉的顆粒一般較大(微米量級)存在嚴(yán)重的光散射問題，易造成白光LED的效率降低，另外其制備條件也相對苛刻，一般需要高溫。因此，要獲得高顯色性的、高效率的白光LED必須要具備性能優(yōu)異的發(fā)光材料。量子點(diǎn)作為發(fā)光材料，相較于傳統(tǒng)的熒光粉而言，具有顆粒尺寸小、發(fā)光峰位可調(diào)、色彩飽和度高、量子產(chǎn)率高等諸多優(yōu)點(diǎn)，有望成為下一代顯示和照明的主導(dǎo)者。

量子點(diǎn)發(fā)光二極管(quantum dot light emitting diodes,QLED)電致發(fā)光器件主要有兩種。一種是直接載流子注入復(fù)合，電子和空穴分別經(jīng)過電子傳輸層和空穴傳輸層直接注入到量子點(diǎn)發(fā)光層，在量子點(diǎn)發(fā)光層中通過輻射復(fù)合發(fā)光；另一種是共振能量轉(zhuǎn)移((resonance energy transfer,FRET)或者二者共同的作用?？缭搅孔狱c(diǎn)發(fā)光層的電子輸運(yùn)到空穴傳輸層(Hole Transfer Layer，HTL)，和其中的空穴作用形成激子。同時，跨越量子點(diǎn)發(fā)光層的空穴也輸運(yùn)到電子傳輸層(Electron Transfer Layer，ETL)，和其中的電子作用形成激子，再經(jīng)過FRET能量轉(zhuǎn)移傳遞給量子點(diǎn)，進(jìn)而又重新在量子點(diǎn)發(fā)光層形成電子-空穴對，再通過輻射復(fù)合發(fā)光。這兩種過程既能獨(dú)立存在又能共同作用實(shí)現(xiàn)量子點(diǎn)的電致發(fā)光。然而，由于電致發(fā)光的量子點(diǎn)材料的未占有電子的最低能級(Lowest Unoccupied Molecular Orbital，LUMO)一般在-3.9eV左右，而ITO的功函數(shù)在-4.7eV，兩者能級不匹配往往阻礙載流子的注入而影響發(fā)光性能。而氮化鎵材料的表面功函數(shù)在-3.9eV，與量子點(diǎn)材料的能級匹配，非常適合電子的注入與傳輸，有利于降低量子點(diǎn)器件的啟亮電壓，提升其電致發(fā)光效率與工作壽命，推動量子點(diǎn)材料在下一代顯示和照明領(lǐng)域的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明創(chuàng)新性地提出了一種新型的量子點(diǎn)電致發(fā)光器件。本發(fā)明提出的利用氮化鎵材料的高電子遷移率與合適的表面功函數(shù)，從而解決目前量子點(diǎn)材料電致發(fā)光器件因能級不匹配而造成的高啟亮電壓與電致發(fā)光效率較低的問題。

本發(fā)明提供的量子點(diǎn)電致發(fā)光器件包括依次層疊的透明襯底，陰極、量子點(diǎn)發(fā)光層、空穴傳輸層、空穴注入層及金屬陽極，所述陰極為透明的氮化鎵材料層。

優(yōu)選地，所述氮化鎵材料包括非摻雜、摻雜的N型氮化鎵單晶層或多層，其中摻雜的原子包括Si，Ge。

優(yōu)選次，所述量子點(diǎn)電致發(fā)光器件還包括在陰極層和量子點(diǎn)發(fā)光層之間依次層疊的電子注入層和電子傳輸層，其中所述氮化鎵材料既為陰極又為電子注入層。

優(yōu)選地，所述透明襯底包括藍(lán)寶石襯底、氮化鎵自支撐襯底或者兩者的結(jié)合。

優(yōu)選地，所述量子點(diǎn)發(fā)光層的厚度為(30±10)nm。

優(yōu)選地，所述量子點(diǎn)發(fā)光層包括紅光、綠光、藍(lán)光量子點(diǎn)，可以包括不同結(jié)構(gòu)，不同元素，不同直徑大小。