CN102157655A - 基于钛酸锶/p型硅异质结的电致发光器件及制备方法 - Google Patents

基于钛酸锶/p型硅异质结的电致发光器件及制备方法 Download PDF

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本发明公开了一种基于钛酸锶/P型硅异质结的电致发光器件及制备方法，该器件包括衬底，衬底正面沉积有发光层和电极层，衬底背面沉积有欧姆接触电极，所述的衬底为P型硅片，所述的发光层为SrTiO3膜。本发明的电致发光器件在一定的正向偏压(即正面透明导电膜接负电压，而硅片背面欧姆电极接正电压)下会发光，发光波长覆盖近紫外和可见光区。

Description

基于钛酸锶/P型硅异质结的电致发光器件及制备方法
技术领域
本发明属于光电子技术领域。涉及一种基于钛酸锶/P型硅异质结的电致发光器件及制备方法。
背景技术
目前，III-V族半导体是电致发光器件的基础材料。若半导体照明得以大规模应用，III-V族半导体的使用量将急剧增加。在这种情况下，III-V族半导体不可或缺的Ga和In将面临资源稀缺的限制。因此，探索基于在资源上更有优势的其它半导体的发光器件具有重要的现实意义。
SrTiO3是一种间接禁带半导体，室温禁带宽度约为3.27eV。二十世纪六十年代末，Stanford大学的Stokowski等人就开始SrTiO3发光的研究(S.E.Stokowski and A.L.Schawlow，Phys.Rev.178，457-464(1969))。随后，在八十年代，有研究人员通过光电流以及光致发光谱研究了SrTiO3的发光机理，并解释了高于特定温度时发光淬灭的原因(A.K.Ghosh，R.R.Addiss and R.B.Lauer，J Appl Phys 44(8)，3798-3800(1973)；M.Aguilar and F.Aguilolopez，J Appl Phys 53(12)，9009-9014(1982))。2005年日本京都大学D.Kan等人报道了经Ar+辐照的SrTiO3在室温下的光致蓝光发射(D.S.Kan，T.Terashima and R.Kanda et al.，NATURE MATERIALS 4(11)，816-819(2005))，他们认为Ar+辐照使SrTiO3中的氧空位浓度增加，从而增强了蓝光发射。他们的工作激发了新的研究SrTiO3发光性能的热潮。虽然SrTiO3的光致发光多有报道，但是基于SrTiO3的电致发光(EL)器件还未见诸报道。
发明内容
本发明提供了一种结构简单且易于实现的基于SrTiO3/p-Si异质结的电致发光器件。
一种基于SrTiO3/p-Si异质结的电致发光器件，包括衬底，衬底正面沉积有发光层和电极层，衬底背面沉积有欧姆接触电极，所述的衬底为P型硅片，所述的发光层为SrTiO3膜。
所述的电极层为透明的ITO膜；所述的ITO膜厚度为140～160nm。
所述的欧姆接触电极为Al膜；所述的Al膜厚度为140～160nm。
所述的P型硅片的厚度为600～700微米，电阻率为0.001～0.01欧姆·厘米。
所述的SrTiO3膜的厚度为110～130nm。
本发明还提供一种制备上述电致发光器件的方法，包括：
在P型硅片正面通过溶胶-凝胶法沉积SrTiO3膜，利用直流溅射沉积电极层，在P型硅片的背面通过热蒸发沉积欧姆接触电极。
本发明的电致发光器件在一定的正向偏压(即正面透明导电膜接负电压，而硅片背面欧姆电极接正电压)下会发光，发光波长覆盖近紫外和可见光区。
附图说明
图1为本发明电致发光器件的结构示意图。
图2为实施例1电致发光器件在不同电压/电流下的EL谱。
具体实施方式
如图1所示，一种电致发光器件，包括衬底1，衬底1正面依次沉积有发光层2和电极层3，衬底1背面沉积有欧姆接触电极4，衬底1为厚度675微米，尺寸为15×15mm2，电阻率约为0.001欧姆·厘米。发光层为SrTiO3膜，厚度约为120nm，电极层为厚度达150nm的ITO膜，欧姆接触电极4为厚度达150nm的Al膜。
以下为上述器件的制备方法：
(1)将硝酸锶溶于去离子水后加入乙二醇甲醚中，添加适量乙二醇得到溶液1；将钛酸丁酯溶于乙二醇甲醚中，添加适量乙酰丙酮，得到溶液2；在不断搅拌下将溶液2逐滴加入溶液1。硝酸锶和钛酸丁酯的摩尔比根据最终溶胶中锶钛比而确定为1∶1，调节乙二醇甲醚的用量使溶液中的钛酸锶的摩尔浓度为0.36mol/L。上述溶液充分搅拌后静置，得到制备SrTiO3薄膜所需的前驱体溶胶。
(2)取电阻率约为0.001欧姆·厘米、尺寸为15×15mm2、厚度为675微米的P型<100>硅片，清洗后，将上述SrTiO3溶胶旋涂在硅片上，在80℃的温度下烘干15分钟，然后将上述旋涂和烘干步骤重复三次；接着置于空气氛下于400℃热处理10小时，最终形成SrTiO3薄膜，薄膜厚度约为120nm。
(3)在SrTiO3薄膜上使用直流反应溅射沉积约150nm厚的透明ITO电极，在硅衬底背面使用热蒸发沉积150nm厚的Al电极，两者呈直径为10mm的圆形。
将上述器件中的Al电极接正电压，ITO电极接负电压，测试该器件在不同注入电流下的电致发光光谱(EL)。如图2所示，电致发光光谱覆盖了紫外区和整个可见发光区，随着注入电流的增大，电致发光的强度也随之增大。

Claims (8)

1.一种基于SrTiO3/p-Si异质结的电致发光器件，包括衬底，衬底正面沉积有发光层和电极层，衬底背面沉积有欧姆接触电极，其特征在于，所述的衬底为P型硅片，所述的发光层为SrTiO3膜。
2.根据权利要求1所述的电致发光器件，其特征在于，所述的电极层为透明的ITO膜。
3.根据权利要求2所述的电致发光器件，其特征在于，所述的ITO膜厚度为140～160nm。
4.根据权利要求1所述的电致发光器件，其特征在于，所述的欧姆接触电极为Al膜。
5.根据权利要求4所述的电致发光器件，其特征在于，所述的Al膜厚度为140～160nm。
6.根据权利要求1所述的电致发光器件，其特征在于，所述的P型硅片的厚度为600～700微米，电阻率为0.001～0.01欧姆·厘米。
7.根据权利要求1所述的电致发光器件，其特征在于，所述的SrTiO3膜的厚度为110～130nm。
8.一种制备权利要求1所述的电致发光器件的方法，包括：
在P型硅片正面通过溶胶-凝胶法沉积SrTiO3膜，利用直流溅射沉积电极层，在P型硅片的背面通过热蒸发沉积欧姆接触电极。
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