[發明專利]一種頂發射硅基鈣鈦礦發光二極管及其制備方法

在審

• 申請號: 202010170771.0
• 申請日: 2020-03-12
• 公開（公告）號: CN111370591A
• 公開（公告）日: 2020-07-03
• 發明（設計）人: 方彥俊;閆敏行;田鴻君;秦豐尤;楊德仁
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H01L51/52
• 分類號: H01L51/52;H01L51/54;H01L51/56
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 白靜蘭

本發明公開了一種頂發射硅基鈣鈦礦發光二極管，以硅片作為器件襯底，在硅片上依次設有底部金屬電極、過渡層、空穴傳輸層、鈣鈦礦發光層及修飾層、電子傳輸層、透明電極和增透介質層。本發明還公開了該發光二極管的制備方法：以硅片作為器件襯底，在此基礎上蒸鍍底部金屬電極，之后利用磁控濺射的方法制備一層過渡層，再在過渡層上依次旋涂空穴傳輸層、鈣鈦礦發光層、修飾層，旋涂完成后利用真空蒸鍍的方式依次制備電子傳輸層、透明電極及增透介質。該發光二極管解決了p型硅片能帶不夠匹配的問題；克服了空穴傳輸層在不同襯底上性狀不統一的困難；在保證電流正常注入、不損害鈣鈦礦層的前提下盡可能提高出光率從而提升器件的外量子效率。

技術領域

本發明屬于硅基鈣鈦礦發光二極管制備技術領域，具體涉及一種頂發射硅基鈣鈦礦發光二極管及其制備方法。

背景技術

自2014年第一個室溫條件下工作的鈣鈦礦發光二極管器件被報道出來后，在短短的五年時間里，鈣鈦礦LED的外量子效率從最初的小于1％迅猛提升到20％以上，達到了接近商用化OLED的水準。鉛鹵鈣鈦礦具有直接帶隙、雙極性載流子遷移率高、光致發光量子產率高、可通過低溫溶液法制備等一系列優點，是非常具有發展前景的發光材料。

硅基光電子是為了解決傳統芯片制程到達物理極限而提出的一個重要發展方向，其主要特征為，用光子部分或全部替代電子來完成邏輯運算。相比于電子，光子具有頻率高、傳輸速度快、不相互干擾、工作時不發熱等核心競爭優勢，因此基于硅基光電技術制造的芯片在理論上具有更高的運算速度和更低的功耗。硅基光源是硅基光電技術中最為重要的一個分支，目前常用的材料有Ⅲ-Ⅴ族半導體、氧化物半導體和稀土摻雜的硅材料本身等。硅基鈣鈦礦發光材料作為硅基光源的一個分支，是非常嶄新的一個研究方向，具有廣闊的發展前景以及重大的科研價值。

目前，硅基鈣鈦礦發光器件的主要制備手段有兩種，一是將硅片作為空穴傳輸層使用，在硅片兩端分別制備底電極和其余部分；一是將硅片作為襯底使用，僅在硅片的一端完成所有功能層的制備。由于硅片的能帶結構、空穴遷移率等電學性質和傳統的空穴傳輸材料有比較大的差異，因此將硅片作為空穴傳輸層會對器件的電流注入造成巨大影響；加之兩種制備方法在工序數目上沒有本質上的差別，因此認為將硅片作為襯底的方法更具有優越性。

目前已有將硅片作為空穴傳輸層制作發光器件的文獻報道，其外量子效率達到1％，但硅的空穴傳輸特性與常用的空穴傳輸材料具有較大差異，會造成空穴注入困難、電荷注入不平衡等一系列問題，進而影響器件效率；中國專利文獻CN107146854A公開了一種以硅作為襯底制備硅基微顯示器件的方法，但是其器件結構比較簡單，并沒有涉及過渡層、增透層等概念，由于旋涂法制備的空穴傳輸層在不同襯底上的性質不盡相同，加上透明電極會影響出光率，因此該方法所述器件的電致發光性能仍有比較大的進步空間。

發明內容

本發明的目的在于提供一種頂發射硅基鈣鈦礦發光二極管及其制備方法，該發光二極管解決了p型硅片能帶不夠匹配的問題；克服了空穴傳輸層在不同襯底上性狀不統一的困難；在保證電流正常注入、不損害鈣鈦礦層的前提下盡可能提高出光率從而提升器件的外量子效率。

由于現有技術中存在電荷注入不平衡、空穴傳輸層在不同襯底上性狀不統一以及器件的光提取率較低等客觀存在的困難。因此為解決上述技術問題，本發明提供如下技術方案：

一種頂發射(頂面發光的)硅基鈣鈦礦發光二極管，以硅片作為器件襯底，在硅片上依次設有底部金屬電極、過渡層、空穴傳輸層、鈣鈦礦發光層及修飾層、電子傳輸層、透明電極和增透介質層。

所述底部金屬電極包括粘附層和電極層兩部分，粘附層材料為Cr，電極層采用的材料選自Ag、Au、Pt或Cu中的一種或任意幾種；所述粘附層及電極層的厚度分別為10-50nm和30-100nm；所述粘附層和電極層依次位于硅片上。