CN102364708A - 一种电致发光器件及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电致发光器件及其制备方法，属于光电子技术领域。本发明的电致发光器件包括P型硅衬底、自下而上依次沉积在P型硅衬底正面的发光层和电极层及沉积在P型硅衬底背面的欧姆接触电极，所述的发光层为掺Er的TiO2膜。制备所述的电致发光器件的方法为：在P型硅衬底正面通过磁控溅射法沉积掺Er的TiO2膜，利用直流溅射沉积电极层，在P型硅衬底的背面通过直流溅射沉积欧姆接触电极。本发明的电致发光器件结构简单且容易制备。

Description

一种电致发光器件及其制备方法
技术领域
本发明涉及光电子技术领域，具体涉及一种电致发光器件及其制备方法。
背景技术
由于来自Er3+离子的约1540nm的特征发光位于光纤通讯中的吸收极小值，关于由掺Er的介质材料制得的发光器件的研究目前广受关注。基于掺Er的氧化硅及氮化硅体系的发光器件已有大量的研究和尝试，但在以上体系中，电注入比较困难，器件工作电压过高(O.Jambois，F.Gourbilleau，A.J.Kenyon，J.Montserrat，R.Rizk and B.Garrido，OpticsExpress 18，2230(2010)；S.Yerci，R.Li and L. Dal Negro，Applied PhysicsLetters 97，081109(2010))。基于III-V族半导体的掺Er的发光器件也已有较多研究(M.Garter，J.Scofield，R.Birkhahn and A.J.Steckl，AppliedPhysics Letters 74，182(1999)；R.Dahal，C.Ugolini，J.Y.Lin，H.X.Jiang andJ.M.Zavada，Applied Physics Letters 97，141109(2010))，但III-V族半导体不可或缺的Ga和In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掺Er的半导体的发光器件具有重要的现实意义。
TiO2作为常见的宽禁带氧化物半导体材料，载流子的注入和传输较易实现。专利号为ZL200710070055.X的发明专利公开了一种二氧化钛电致发光器件，由硅衬底、自下而上依次沉积在硅衬底正面的TiO2薄膜和ITO电极以及沉积在硅衬底背面的欧姆接触电极组成，实现了硅衬底上的硅基二氧化钛的电致发光。
已有的研究中掺Er的TiO2的光致发光已经实现(S.Komuro，T.Katsumata，H.Kokai，T.Morikawa and X.Zhao，Applied Physics Letters 81，4733(2002))，但是基于掺Er的TiO2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掺铒的氧化钛/P型硅异质结的电致发光器件及制备方法。
一种电致发光器件，包括P型硅衬底、自下而上依次沉积在P型硅衬底正面的发光层和电极层及沉积在P型硅衬底背面的欧姆接触电极，所述的发光层为掺Er的TiO2膜。
作为优选，所述的电极层为透明的ITO膜，所述的ITO膜厚度为140～160nm。
作为优选，所述的欧姆接触电极为Au膜，所述的Au膜厚度为140～160nm。
作为优选，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。
作为优选，所述的掺Er的TiO2膜的厚度为180～200nm。
作为优选，所述的掺Er的TiO2膜中Er/Ti的比例为0.01-0.05。
本发明还提供了一种制备所述的电致发光器件的方法，包括：
在P型硅衬底正面依次通过磁控溅射法沉积掺Er的TiO2膜和直流溅射法沉积电极层，在P型硅衬底的背面通过直流溅射法沉积欧姆接触电极。
本发明的有益效果：
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，发光波长覆盖可见光区，并出现有显著的Er的特征发光尖峰；在40mA的注入电流下，红外区也出现了约1540nm的Er3+离子的特征发光峰。
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/电流下的可见光区的EL谱；
图3为实施例1电致发光器件在40mA电流下的红外光区的EL谱；
具体实施方式
如图1所示，一种电致发光器件，包括P型硅衬底1、由下而上依次沉积在P型硅衬底1正面的发光层2和电极层3及沉积在P型硅衬底1背面的欧姆接触电极4，P型硅衬底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2为掺Er的TiO2膜，厚度为200nm，膜中中Er/Ti的比例约为0.02，电极层3为厚度为150nm的ITO膜，欧姆接触电极4为厚度为150nm的Au膜。
实施例1电致发光器件的制备方法
(1)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，将硅片置于射频溅射腔体内，使用真空泵将腔体内压强抽至3.5×10-3Pa后，通入纯Ar气至1Pa，使用TiO2陶瓷靶和金属Er靶共同溅射来沉积薄膜，施加的功率分别为约130W和26W；沉积过程中P型<100>硅衬底温度保持在100℃，沉积时间为1.5小时。随后将沉积得到的薄膜置于氧气气氛下于550℃热处理2.5小时，最终形成掺Er的TiO2薄膜，薄膜厚度约为200nm。
(2)在掺Er的TiO2薄膜上使用直流反应溅射沉积厚约150nm的透明ITO电极，在硅衬底背面使用直流溅射沉积150nm厚的Au欧姆接触电极，两者呈直径为10mm的圆形。
经过电子探针X射线能量分散谱仪(EDX)分析，掺Er的TiO2薄膜中Er/Ti的比例约为0.02。
将上述电致发光器件中的Au欧姆接触电极接正电压，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)，结果如图2所示，由图可知，电致发光光谱覆盖了整个可见光区，并伴随有尖锐的来自Er3+离子的特征发光峰，主要的峰位为约525、554、566和667nm；随着注入电流的增大，电致发光的强度也随之增大。在注入电流达到40mA时，如图3所示，除了可见区的发光，红外光区也出现了显著的约1540nm的发光峰，同样来自Er3+离子的特征发光。

Claims (9)

1.一种电致发光器件，包括P型硅衬底(1)、自下而上依次沉积在P型硅衬底(1)正面的发光层(2)和电极层(3)及沉积在P型硅衬底(1)背面的欧姆接触电极(4)，其特征在于，所述的发光层为掺Er的TiO2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Au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Au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，所述的掺Er的TiO2膜的厚度为180～200nm。
8.根据权利要求1所述的电致发光器件，其特征在于，所述的掺Er的TiO2膜中Er/Ti的比例为0.01-0.05。
9.一种制备权利要求1所述的电致发光器件的方法，包括：
在P型硅衬底正面依次通过磁控溅射法沉积掺Er的TiO2膜和直流溅射法沉积电极层，在P型硅衬底的背面通过直流溅射法沉积欧姆接触电极。
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