CN104124316A - 一种无机电致发光器件及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种无机电致发光器件，包括：衬底、依次沉积在衬底正面的发光层、第一势垒层和透明电极层、以及沉积在衬底背面的欧姆接触电极；衬底与发光层之间还可沉积有第二势垒层；所述的发光层为掺杂稀土的氧化物薄膜，第一势垒层和第二势垒层为禁带宽度大于发光层0.2～1eV的氧化物薄膜。本发明还提供了上述发光器件的制备方法。该发光器件在较低的直流偏压下会在掺入稀土的特征区域发光；发光强度随着注入电流的增大而增加。本发明提供一种结构简单、制造方便、成本低廉、光谱范围宽、波段易于控制、不易老化的无机电致发光器件，可与微电子器件结合形成硅基光电器件，在激光器、照明、显示屏幕、光纤通讯以及光电检测等领域具有良好的应用前景。

Description

一种无机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，具体涉及一种无机电致发光器件及其制备方法。
背景技术
具有未填满的4f壳层的镧系稀土原子或离子，其4f电子在不同组态之间的跃迁，可以产生从紫外光、可见光到红外光区的极为丰富的波长的光发射。采用稀土作为发光中心的材料具有很多优点：发光谱带窄，色纯度高，色彩鲜艳，转换效率高，发射波长分布范围宽；并且由于4f轨道的电子处于内层轨道，在外部满电子壳层的屏蔽下，几乎不受外界环境的影响，因而发光颜色基本不随基体的性质变化而改变，物理和化学性质稳定，耐高温，可承受高能辐射的作用，温度淬灭小。基于以上这些优异的性能，使得掺杂稀土的化合物成为探寻新型发光材料的主要研究对象。
目前基于Ⅲ-Ⅴ族半导体的掺杂稀土的发光器件已有较多报道(M. Garter, J. Scofield, R. Birkhahn, and A.J. Steckl, Applied Physics Letters 74, 182 (1999)；R. Birkhahn, M. Garter, and A.J. Steckl, Applied Physics Letters 74, 2161 (1999)；A.J. Steckl, M. Garter, D.S. Lee, J. Heikenfeld and R. Birkhahn, Applied Physics Letters 75, 2184 (1999))，但Ⅲ-Ⅴ族半导体不可或缺的Ga面临资源稀缺的限制，而且制备Ⅲ-Ⅴ族半导体的设备成本高昂，难以实现廉价的大规模生产。而掺杂稀土的有机材料制得的器件，由于存在着无法避免的老化的问题，面临器件寿命短，容易失效等问题。在宽禁带氧化物半导体中，由于存在稀土离子与氧的配位体，稀土离子具有高活性，并且氧化物物理化学性质稳定，制备简便，设备要求低，成本低廉，是理想的掺杂稀土的基体材料。关于掺杂稀土的氧化物薄膜的发光器件已有报道(J. G. Li, X. H. Wang, C. C. Tang, T. Ishigaki and S. Tanaka, Journal of the American Ceramic Society 91, 2032 (2008)；E. F. Pecora, T. I. Murphy and L. D. Negro, Applied Physics Letters 101, 191115 (2012))，但是以上研究中得到的器件普遍存在结构设计过于简单，激发效率较低，发光较弱，工作电压高等问题。因此如何通过优化材料和结构，提高基于掺杂稀土的氧化物的低压电致发光器件的性能，目前仍面临巨大的挑战。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种无机电致发光器件及其制备方法，该发光器件结构简单、制造方便、成本低廉，可与其他硅基光电器件集成，并且全部为无机材料组成，避免了采用有机材料时无法避免的老化问题。在较低的直流偏压下，该器件在可见及红外光区出现了显著的源自掺入的稀土离子的特征发光峰，利用该器件发光时，可通过掺入不同的稀土得到不同颜色或光区的发光，并且发光效率高，能耗小。
本发明采用以下的技术方案：
本发明提供两种结构的无机电致发光器件，
1）一种无机电致发光器件，包括：
衬底、自下而上依次沉积在衬底正面的发光层、第一势垒层和透明电极层、以及沉积在衬底背面的欧姆接触电极；所述的衬底为导电的无机材料，所述的发光层为掺杂稀土的第一氧化物薄膜，所述的第一势垒层为禁带宽度大于发光层0.2～1 eV的第二氧化物薄膜，所述的第一势垒层的厚度为50～200 nm；作为优选，所述的第一势垒层的厚度为80～150 nm。
2）一种无机电致发光器件，包括：
衬底、自下而上依次沉积在衬底正面的第二势垒层、发光层、第一势垒层和透明电极层、以及沉积在衬底背面的欧姆接触电极；所述的衬底为导电的无机材料，所述的发光层为掺杂稀土的第一氧化物薄膜，所述的第一势垒层或第二势垒层为禁带宽度大于发光层0.2～1 eV的第二氧化物薄膜，所述的第一势垒层、第二势垒层可相同或不同，也就是，第一势垒层、第二势垒层可分别选用相同材料、相同厚度的第二氧化物薄膜，也可以分别选用相同材料、不同厚度的第二氧化物薄膜，也可以分别选用不同材料、相同厚度的第二氧化物薄膜，还可以分别选用不同材料、不同厚度的第二氧化物薄膜，所述的第一势垒层或第二势垒层的厚度为50～200 nm；作为优选，所述的第一势垒层或第二势垒层的厚度为80～150 nm。
采用上述两种结构的无机电致发光器件，通过第一势垒层将载流子限域在发光层中，在限域载流子的激发下发光层中的稀土离子会发出特征波长的光，而选择禁带宽度大于发光层0.2～1 eV的氧化物薄膜作为第一势垒层，才能通过高势垒的作用将注入的载流子有效的限域在发光层中。如果没有第一势垒层的限域效应，注入的载流子将直接流经器件而不会激发稀土离子发光，仅仅形成了通过器件的电流。第一势垒层将从正面透明电极层一侧注入的载流子有效的限域在发光层中，激发稀土离子的发光；如果再加入第二势垒层，将把通过了发光层的载流子再次限域在发光层中，进一步提高了载流子的利用效率。第1）种无机电致发光器件工作电流稍高于加入了第二势垒层的第2）种无机电致发光器件，适用于需要较小的工作电压的场合。
第2）种无机电致发光器件与第1）种无机电致发光器件相比，在衬底与发光层之间沉积有第二势垒层，所述的第一势垒层和第二势垒层的材料或厚度可以相同或不同。在发光层和衬底之间加入第二势垒层，提高了载流子的利用效率，可以进一步降低工作电流，提高器件的发光效率；所述的第二势垒层的作用是把通过了发光层的载流子再次限域在发光层中，因而第二势垒层和第一势垒层可相同或不同，只要能够与发光层和衬底形成良好的力学和电学接触，并且禁带宽度大于发光层0.2～1 eV即可。第2）种无机电致发光器件工作电压稍高于第1）种无机电致发光器件，适用于需要更小的工作电流的器件的场合。
所述的第一势垒层或第二势垒层的厚度为50～200 nm。作为优选，所述的第一势垒层或第二势垒层的厚度为80～150 nm。如果第一势垒层太薄，就无法限域载流子在发光层中，注入的载流子只会很快的流经器件，形成了通过的电流，而不能有效的激发发光层中稀土的发光；如果第一势垒层和第二势垒层太厚，将会大大提高器件的工作电压，电注入难度增大，不利于器件的高效发光，并且增加了器件的制备成本。因而需要制备厚度为50～200 nm的膜层，既能形成较为平整且有效限域载流子的势垒层，又能节省工序和原材料。在发光层和衬底之间加入第二势垒层，可以进一步降低工作电流，提高器件的发光效率。
所述的第一氧化物薄膜、第二氧化物薄膜的材料可相同或不同，作为优选，所述的氧化物选自氧化锌、氧化镁、氧化铁、氧化钛、氧化铬、氧化锰、氧化钴、氧化镍、氧化镉、氧化钼、氧化铝、氧化镓、氧化锡、氧化铟中的任意一种或任意多种，也就是，所述的第一氧化物薄膜、第二氧化物薄膜可分别选自上述任意一种或任意多种的金属氧化物薄膜。更优选的，所述的氧化物为氧化锌。
作为优选，作为第一势垒层或第二势垒层的第二氧化物薄膜也可选择掺杂其他金属的上述氧化物薄膜；更优选的，所述的第一势垒层或第二势垒层为掺镁的氧化锌薄膜。
作为最优选，所述的第一氧化物薄膜和第二氧化物薄膜为氧化锌薄膜，发光层采用掺杂稀土的氧化锌薄膜，第一势垒层和第二势垒层采用掺镁的氧化锌薄膜。氧化锌(ZnO)作为常见的宽禁带直接带隙氧化物半导体材料，激子束缚能高，载流子的注入和传输较易实现，并且折射率高，可在多种衬底上实现生长高质量的薄膜。在适当的掺杂量下，掺镁的氧化锌薄膜势垒层与掺杂稀土的氧化锌发光层由于晶格常数差别较小，能形成良好的力学和电学接触，不易产生位错等微观缺陷，电注入容易，阻抗较小；另外通过掺镁可以适当增大材料的禁带宽度，从而实现将载流子有效的限域在发光层中激发稀土的发光。为保证良好接触并有效的限域载流子，所使用的势垒层氧化锌中镁的掺入量有一定的范围限制，作为优选，镁的掺入量在10～60％。
需要说明的是，作为此器件中的发光层的第一氧化物可以选择其他氧化物，如氧化镁、氧化铁、氧化钛、氧化铬、氧化锰、氧化钴、氧化镍、氧化镉、氧化钼、氧化铝、氧化镓、氧化锡、氧化铟的任意一种或任意多种，相应的作为势垒层的第二氧化物则需要选用与对应的第一氧化物能够形成良好力学和电学接触并且能够有效限域载流子的其他氧化物材料，禁带宽度应大于第一氧化物0.2～1 eV。所述的第二氧化物与第一氧化物可以相同或不同。
所述的稀土是镧系稀土元素，选自Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Lu中的任意一种或任意多种。针对不同的发光波长的需要，可以选用上述的稀土元素中的任意一种或任意多种，从而发射出其特征的波长的发光。例如选用Er的器件发出约535、556和1540 nm的光，选用Eu的器件发出约617 nm的光，选用Tm的器件发出约479和800 nm的光，选用Nd的器件发出约900和1100 nm的光。
作为优选，所述的掺杂稀土的氧化物薄膜中稀土的掺入量为原子比1～5％，在此掺杂量下，既能保证足够多的稀土掺入并有效发光，又能节约原材料，且避免过量掺杂对材料性能造成破坏。
作为优选，所述的作为发光层的第一氧化物薄膜的厚度为50～200 nm，制备此厚度的膜层，既能形成较为平整且有效发光的活性层，又能节省工序和原材料。
为提高发光器件的发光效果，所述的透明电极层需要在发光的区域有足够的透过率。作为优选，所述的透明电极层为在可见以及红外光区具有大于20％的透过率的导电薄膜；更优选地，所述的透明电极层为在可见以及红外光区具有大于50％的透过率的导电薄膜。实际采用的透明导电薄膜的透过率取决于所选用的材料以及薄膜的厚度。所述的透明导电薄膜材料可以选用半透明金(Au)膜、掺锡氧化铟(ITO)薄膜、掺铝氧化锌(AZO)薄膜、掺铟氧化锌(IZO)薄膜等，作为优选，采用半透明Au膜，稳定性好并且透过率高。透明电极层可以通过蒸镀或溅射等真空成膜法形成。设置的厚度可根据实际需要调整，不能过薄，电极层过薄时电阻较高，并且电极表面易损坏，电极层也不宜过厚，电极层过厚会部分遮挡发射的红外光，影响发光器件的发光效率，作为优选，所述的透明电极层的厚度为50～200 nm。
为了保证电流的有效注入和激发发光层，所述的欧姆接触电极要与衬底形成良好的电学接触，可以选用不易氧化的金属薄膜，所述的金属选自铝、镍、金、铂、铟、铜中的任意一种或任意多种。更优选地，所述的欧姆接触电极为金(Au)膜，选用Au膜作为欧姆接触电极稳定性较好，不易被氧化和腐蚀。欧姆接触电极可以通过蒸镀或溅射等真空成膜法形成。设置的厚度可根据实际需要调整，不能过薄，电极层过薄时电极表面易损坏，电极层也不宜过厚，电极层过厚大大增加发光器件的制备成本，作为优选，所述的欧姆接触电极层的厚度为100～200 nm。
为了保证器件正常工作并尽量降低工作电压，衬底要选用导电性能良好的无机材料。所述的衬底可选自硅衬底、导电玻璃、石墨中的任意一种。作为优选，所述的衬底采用硅衬底，保证了衬底与掺杂的氧化物薄膜形成良好的接触，使得电子和空穴都容易注入到器件结构中，在低的正向偏压下有效提供载流子激发活性层发光；并且成本较低，可以与硅基的其他光电器件集成。进一步的优选，选用P型或N型硅衬底，厚度为300～2000μm，电阻率为0.001～0.1 Ω•cm，特别的优选，选用P型硅，P型硅衬底为厚度675 μm，电阻率约为0.003 Ω•cm。
本发明的无机电致红外发光器件还可以包括封装层和/或缓冲层。
所述的封装层包括各种有机或无机薄膜，能有效防止由于水分和氧气对器件的腐蚀和影响，造成器件的性能劣化和提前失效，可选的封装层材料包括玻璃、环氧树脂、电子铝箔或铜箔、紫外线或热固性树脂、有机玻璃、高分子聚合物等。
所述的缓冲层包括各种提高电子和∕或空穴注入效率的有机或无机薄膜，能有效降低器件的工作电压，提高效率和发光强度，可选的缓冲层材料包括Alq3(三喹诺啉铝络合物)、Liq(单喹诺啉锂络合物)、金属酞菁、石墨烯薄膜等。
本发明还提供一种光电器件，所述的光电器件选自发光二极管、激光二极管、光电检测设备、显示屏幕、光纤信号信息传输设备、照明、指示灯具。本发明的无机电致发光器件在上述光电器件中作为光源或光敏信号检测元件，可以提供掺入的稀土离子的特征波长的发光，用于通讯信号传输或特殊波段的照明，以及将其他波段的光信号转化为稀土离子的特征发光信号用于记录和检测等。
本发明还提供一种上述两种无机红外电致发光器件的制备方法，其中，
第1）种无机电致种发光器件的制备方法包括如下步骤：
(1)在衬底正面依次沉积发光层和第一势垒层的初始膜；
(2)将步骤(1)制得的初始膜在氧气气氛中、500～900℃条件下快速热处理1～5分钟，在衬底上制得发光层和第一势垒层，所述的发光层为掺杂稀土的第一氧化物薄膜，所述的第一势垒层为禁带宽度大于发光层0.2～1 eV的第二氧化物薄膜，所述的第一势垒层的厚度为50～200 nm；
(3)在第一势垒层上沉积透明电极层；
(4)在衬底的背面积欧姆接触电极，制得无机电致发光器件。
第2）种无机电致发光器件的制备方法包括如下步骤：
(1)在衬底正面依次沉积第二势垒层、发光层和第一势垒层的初始膜；
(2)将步骤(1)制得的初始膜在氧气气氛中、500～900℃条件下快速热处理1～5分钟，在衬底上制得第二势垒层、发光层和第一势垒层，所述的发光层为掺杂稀土的第一氧化物薄膜，所述的第一势垒层为禁带宽度大于发光层0.2～1 eV的第二氧化物薄膜，所述的第一势垒层的厚度为50～200 nm；所述的第二势垒层为禁带宽度大于发光层0.2～1 eV的第二氧化物薄膜，所述的第二势垒层的厚度为50～200 nm；
(3)在第一势垒层上沉积透明电极层；
(4)在衬底的背面积欧姆接触电极，制得无机电致发光器件。
作为优选，所述的第一势垒层或第二势垒层的厚度为80～150 nm。
作为优选，所述的第一氧化物薄膜、第二氧化物薄膜的材料可相同或不同，所述的氧化物选自氧化锌、氧化镁、氧化铁、氧化钛、氧化铬、氧化锰、氧化钴、氧化镍、氧化镉、氧化钼、氧化铝、氧化镓、氧化锡、氧化铟中的任意一种或任意多种；更优选的，所述的氧化物为氧化锌。
作为优选，所述的第一势垒层或第二势垒层为金属掺杂的第二氧化物薄膜。
作为优选，所述的第一势垒层或第二势垒层为掺镁的氧化锌薄膜，更优选的，所述掺镁的氧化锌薄膜中镁的掺入量为原子比10～60％。
作为优选，所述的稀土是镧系稀土元素，选自Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Lu中的任意一种或任意多种。
作为优选，所述的掺杂稀土的氧化物薄膜中稀土的掺入量为原子比1～5％。
作为优选，所述的掺杂稀土的氧化物薄膜的厚度为50～200 nm。
作为优选，所述的透明电极层为在可见和红外光区具有大于20％的透过率的导电薄膜，更优选地，所述的透明电极层为在可见以及红外光区具有大于50％的透过率的导电薄膜，所述的透明导电薄膜可以选用半透明金(Au)膜、掺锡氧化铟(ITO)薄膜、掺铝氧化锌(AZO)薄膜、掺铟氧化锌(IZO)薄膜。
作为优选，所述的欧姆接触电极为不易氧化的金属薄膜，所述的金属选自铝、镍、金、铂、铟、铜中的任意一种或任意多种。
衬底要选用导电性能良好的无机材料。所述的衬底可选自硅衬底、导电玻璃、石墨中的任意一种。更优选的，所述的衬底采用硅衬底，作为最优选，选用P型硅衬底，厚度为300～2000 μm，电阻率为0.001～0.1 Ω•cm。
作为优选，所述的发光层的厚度为50～200 nm。
作为优选，所述的透明电极层的厚度为50～200 nm。
作为优选，所述的欧姆接触电极层的厚度为100～200 nm。
所述的步骤(1)中，沉积初始膜的方法可以是选自磁控溅射、热蒸发、激光脉冲沉积、金属-有机化学沉积、等离子体增强化学沉积、电子束沉积等。制备过程中，制备得到的发光层初始膜中的稀土的掺杂量通过调整制备所用的原材料中稀土的掺入量控制，第一势垒层或第二势垒层初始膜中的金属的掺杂量通过调整制备所用的原材料中金属的掺入量控制，发光层初始膜的厚度通过调整施加在原材料上的功率或能量以及制备时间控制，第一势垒层或第二势垒层初始膜的厚度通过调整施加在原材料上的功率或能量以及制备时间控制。作为优选，采用磁控溅射。以氧化锌为例，作为最优选，沉积过程采用掺杂稀土的氧化锌陶瓷靶和掺杂镁的氧化锌陶瓷靶分别溅射来沉积掺杂稀土的氧化锌初始膜以及掺镁的氧化锌初始膜，所述的掺杂稀土的氧化锌膜中稀土的掺入量为原子比1～5％，掺镁的氧化锌膜中镁的掺入量为原子比10～60％，施加在掺杂的氧化锌陶瓷靶上的功率为100～150 W。
所述的步骤(2)中，热处理过程需要在氧气氛围下和合适的温度范围内进行，且必需采用快速热处理的方法。在空气或氮气氛围下热处理的样品氧化程度较差，最终制得的器件容易击穿，无法正常工作。作为优选，选用浓度大于50%的氧气；作为最优选，选用高纯氧气，纯度大于99.9％。热处理温度小于500℃热处理得到的膜层结晶性差，制成的器件易击穿，在相似的电学条件下无法激发出所掺稀土的特征发光峰，而由大于900℃热处理得到的膜层制成的器件的电阻过高，以致无法在低压下有效的注入电流激发器件发光。如果采用常规的长时间热处理，发光层和势垒层的特性发生改变，形成大颗粒的晶粒，并发生成分的互扩散，使发光性能大幅下降。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明的无机电致发光器件结构简单，材料成本低、制造方便，由于不采用任何有机材料，不存在材料老化的问题。通过选择不同的掺杂稀土，可以得到不同发光波长和光色的电致发光器件。该发光器件在较低的直流偏压(正面透明导电膜接正电压，而硅片背面欧姆电极接负电压)下，会在可见及红外光区域中发出掺入的稀土离子的特征光；且发光强度随着注入电流的增大而增强，可根据实际需要调整注入适当的电流，以得到适当的发光强度。
附图说明
图1为本发明的第1）种无机电致发光器件的结构示意图；
图2为实施例1的无机电致发光器件在不同电压和电流下的可见光区的电致发光光谱图；
图3为实施例1的无机电致发光器件在不同电压和电流下的红外光区的电致发光光谱图；
图4为对比例1的无机电致发光器件的结构示意图；
图5为对比例1的无机电致发光器件在20 mA电流下的可见光区的电致发光光谱图；
图6为对比例2的无机电致发光器件在20 mA电流下的可见光区的电致发光光谱图。
图7为实施例2的无机电致发光器件在20 mA电流下的红外光区的电致发光光谱图；
图8为实施例3的无机电致发光器件在不同电压和电流下的可见光区的电致发光光谱图；
图9为实施例4的无机电致发光器件在20 mA电流下的可见光区的电致发光光谱图；
图10为本发明的第2）种无机电致发光器件的结构示意图；
图11为实施例9的无机电致发光器件在不同电压和电流下的可见光区的电致发光光谱图；
图12为对比例3的无机电致发光器件的结构示意图；
图13为对比例3的无机电致发光器件在20 mA电流下的可见光区的电致发光光谱图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图详细说明本发明。
如图1所示，本发明提供一种无机电致发光器件，包括衬底、自下而上依次沉积在衬底正面的发光层、第一势垒层和透明电极层、以及沉积在衬底背面的欧姆接触电极；所述的发光层为掺杂稀土的第一氧化物薄膜，所述的第一势垒层为禁带宽度大于发光层0.2～1 eV的第二氧化物薄膜, 所述的第一势垒层的厚度为50～200 nm。
作为优选，所述的第一势垒层的厚度为80～150 nm。
作为优选，所述的第一氧化物薄膜、第二氧化物薄膜的材料可相同或不同，所述的氧化物选自氧化锌、氧化镁、氧化铁、氧化钛、氧化铬、氧化锰、氧化钴、氧化镍、氧化镉、氧化钼、氧化铝、氧化镓、氧化锡、氧化铟中的任意一种或任意多种；更优选的，所述的第一氧化物、第二氧化物为氧化锌。
作为优选，所述的第一氧化物薄膜中稀土的掺入量为原子比1～5％。
作为优选，所述的第一氧化物薄膜的厚度为50～200 nm。
作为优选，所述的衬底为硅衬底，所述的发光层为掺稀土的氧化锌薄膜，所述的第一势垒层为掺镁的氧化锌薄膜。
作为优选，所述掺镁的氧化锌薄膜中镁的掺入量为原子比10～60％。
作为优选，所述的透明电极层为在可见以及红外光区具有大于20％的透过率的导电薄膜，所述的透明导电薄膜可以选用半透明金(Au)膜、掺锡氧化铟(ITO)、掺铝氧化锌(AZO)、掺铟氧化锌(IZO)。
作为优选，所述的欧姆接触电极为不易氧化的金属薄膜，所述的金属选自铝、镍、金、铂、铟、铜中的任意一种或任意多种。
作为优选，所述的衬底采用硅衬底，作为最优选，选用P型硅衬底，厚度为300～2000 μm，电阻率为0.001～0.1 Ω•cm。
作为优选，所述的透明电极层的厚度为50～200 nm。
作为优选，所述的欧姆接触电极层的厚度为100～200 nm。
作为优选，所述的发光器件还包括封装层和∕或缓冲层。
实施例 1
一种基于掺铒(Er)的氧化锌的电致发光器件的制备方法，包括以下步骤：
(1)取电阻率约为0.003 Ω•cm、尺寸为15×15 mm2、厚度为675 μm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5×10− 3 Pa后，通入比例为2:1的Ar气和O2气至4Pa，使用掺入1％的Er的ZnO陶瓷靶溅射来沉积发光层初始膜，施加的功率为约100W，沉积时间为20分钟；使用掺入40％的Mg的Zn0.6Mg0.4O陶瓷靶溅射来沉积第一势垒层初始膜，施加的功率为约140W，沉积时间为40分钟；沉积过程中P型<100>硅衬底温度保持在500℃。
(2) 将步骤(1)制得的沉积有初始膜的硅片置于高纯氧气(纯度大于99.9％)气氛下于700℃快速热处理1分钟，最终形成掺杂的ZnO发光层和Zn0.6Mg0.4O第一势垒层，发光层薄膜厚度约为60 nm，Er的掺入量为原子比1.0％，第一势垒层薄膜厚度约为120 nm，Mg的掺入量为原子比40％。
(3) 在第一势垒层薄膜上使用直流反应溅射沉积厚约50 nm的半透明Au膜电极，呈直径为10 mm的圆形。
(4)在硅衬底背面使用直流溅射沉积100 nm厚的Au膜欧姆接触电极，呈直径为10 mm的圆形，制得无机电致发光器件。
将上述器件中的Au膜欧姆接触电极接负电压，Au膜半透明电极接正电压，测试该器件在不同注入电流(20、30和40 mA)下的可见及红外光区电致发光光谱(EL)，结果分别如图2和图3所示，由图可知，电致发光光谱中可见光区出现了显著的约545和567 nm的发光峰，红外光区出现了显著的约1540 nm的发光峰，源自Er离子的特征发光峰；随着注入电流的增大，电致发光的强度也随之增强。
对比例 1
如图4所示，一种无机电致发光器件，包括衬底、自下而上依次沉积在衬底正面的发光层透明电极层、以及沉积在衬底背面的欧姆接触电极；所述的发光层为掺杂稀土的第一氧化物薄膜。
作为优选，所述的第一氧化物薄膜氧化物选自氧化锌、氧化镁、氧化铁、氧化钛、氧化铬、氧化锰、氧化钴、氧化镍、氧化镉、氧化钼、氧化铝、氧化镓、氧化锡、氧化铟中的任意一种或任意多种；更优选的，所述的第一氧化物为氧化锌。
作为优选，所述的第一氧化物薄膜中稀土的掺入量为原子比1～5％。
作为优选，所述的第一氧化物薄膜的厚度为50～200 nm。
作为优选，所述的衬底为硅衬底，所述的发光层为掺稀土的氧化锌薄膜，。
作为优选，所述的透明电极层为在可见以及红外光区具有大于20％的透过率的导电薄膜，所述的透明导电薄膜可以选用半透明金(Au)膜、掺锡氧化铟(ITO)、掺铝氧化锌(AZO)、掺铟氧化锌(IZO)。
作为优选，所述的欧姆接触电极为不易氧化的金属薄膜，所述的金属选自铝、镍、金、铂、铟、铜中的任意一种或任意多种。
作为优选，所述的衬底采用硅衬底，作为最优选，选用P型硅衬底，厚度为300～2000 μm，电阻率为0.001～0.1 Ω•cm。
作为优选，所述的透明电极层的厚度为50～200 nm。
作为优选，所述的欧姆接触电极层的厚度为100～200 nm。
作为优选，所述的发光器件还包括封装层和∕或缓冲层。
一种基于掺铒(Er)的氧化锌的电致发光器件的制备方法，包括以下步骤：
(1)取电阻率约为0.003 Ω•cm、尺寸为15×15 mm2、厚度为675 μm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5×10− 3 Pa后，通入比例为2:1的Ar气和O2气至4Pa，使用掺入1％的Er的ZnO陶瓷靶溅射来沉积发光层初始膜，施加的功率为约100W，沉积时间为20分钟；沉积过程中P型<100>硅衬底温度保持在500℃。
(2) 将步骤(1)制得的沉积有初始膜的硅片置于高纯氧气(纯度大于99.9％)气氛下于700℃快速热处理1分钟，最终形成掺杂的ZnO发光层，发光层薄膜厚度约为60 nm，Er的掺入量为原子比1.0％。
(3) 在发光层薄膜上使用直流反应溅射沉积厚约50 nm的半透明Au膜电极，呈直径为10 mm的圆形。
(4)在硅衬底背面使用直流溅射沉积100 nm厚的Au膜欧姆接触电极，呈直径为10 mm的圆形，制得无机电致发光器件。
将上述器件中的Au膜欧姆接触电极接负电压，Au膜半透明电极接正电压，测试该器件在20 mA的注入电流下可见光区电致发光光谱(EL)，结果如图5所示，由图可知，电致发光光谱中没有出现Er离子的特征发光峰。说明只有发光层是无法发光的，必须有第一势垒层有效的限域载流子在发光层中，才能激发出掺入的稀土离子的特征发光峰。
对比例 2
为了说明第一势垒层的厚度对发光器件性能的影响，按照与实施例1相同的操作工艺和条件制备第一势垒层薄膜厚度约为30 nm的无机电致发光器件，将该器件中的Au膜欧姆接触电极接负电压，Au膜半透明电极接正电压，测试该器件在20 mA的注入电流下可见光区电致发光光谱(EL)，结果如图6所示，由图可知，电致发光光谱中没有出现Er离子的特征发光峰。说明第一势垒层必须达到一定厚度才能有效的限域载流子在发光层中，从而激发出掺入的稀土离子的特征发光峰。
实施例 2
一种基于掺钕(Nd)的氧化锌的电致发光器件的制备方法，包括以下步骤：
(1) 取电阻率约为0.001 Ω•cm、尺寸为15×15 mm2、厚度为300 μm的的N型<100>硅片，清洗后，将硅片置于热蒸发腔体内，使用真空泵将腔体内压强抽至2×10− 3 Pa后，使用掺入5％的Nd的ZnO物料蒸发来沉积发光层初始膜，使用掺入10％的Mg的Zn0.9Mg0.1O物料蒸发来沉积第一势垒层初始膜，沉积过程中N型<100>硅衬底温度保持在500℃。
(2) 将步骤(1)制得的沉积有初始膜的硅片置于高纯氧气(纯度大于90％)气氛下于700℃快速热处理5分钟，最终形成掺杂的ZnO发光层和Zn0.9Mg0.1O第一势垒层，发光层薄膜厚度约为50 nm，Nd的掺入量为原子比5.0％，第一势垒层薄膜厚度约为200 nm，Mg的掺入量为原子比10％。
(3) 在第一势垒层薄膜上使用蒸镀沉积厚约200 nm的ITO薄膜电极，呈直径为10 mm的圆形。
(4)在硅衬底背面使用蒸镀沉积100 nm厚的Al膜欧姆接触电极，呈直径为10 mm的圆形，制得无机电致发光器件。
将上述器件中的Al膜欧姆接触电极接负电压，ITO薄膜电极接正电压，测试该器件在20 mA的注入电流下的红外光区电致发光光谱(EL)，结果如图7所示，由图可知，电致发光光谱中红外光区出现了显著的约910和1090 nm的发光峰，源自Nd离子的特征发光峰。
实施例 3
一种基于掺铕(Eu)的氧化锌的电致发光器件的制备方法，包括以下步骤：
(1) 取电阻率约为0.1 Ω•cm、尺寸为15×15 mm2、厚度为625 μm的P型<100>硅片，清洗后，将硅片置于激光脉冲沉积腔体内，使用真空泵将腔体内压强抽至1×10− 3 Pa后，使用掺入2％的Eu的ZnO陶瓷靶轰击来沉积发光层初始膜，沉积时间为2小时；使用掺入60％的Mg的Zn0.4Mg0.6O陶瓷靶轰击来沉积第一势垒层初始膜，沉积时间为2小时；沉积过程中P型<100>硅衬底温度保持在500℃。
(2) 将步骤(1)制得的沉积有初始膜的硅片置于氧气(纯度大于50％)气氛下于900℃快速热处理1分钟，最终形成掺杂的ZnO发光层和Zn0.4Mg0.6O第一势垒层，发光层薄膜厚度约为200 nm，Eu的掺入量为原子比2.0％，第一势垒层薄膜厚度约为50 nm，Mg的掺入量为原子比60％。
(3) 在第一势垒层薄膜上使用直流反应溅射沉积厚约100 nm的AZO薄膜电极，呈直径为10 mm的圆形。
(4)在硅衬底背面使用直流溅射沉积200 nm厚的Pt膜欧姆接触电极，呈直径为10 mm的圆形，制得无机电致发光器件。
将上述器件中的Pt膜欧姆接触电极接负电压，AZO薄膜电极接正电压，测试该器件在不同注入电流(10、20和30 mA)下的可见光区电致发光光谱(EL)，结果如图8所示，由图可知，电致发光光谱中可见光区出现了显著的约621 nm的发光峰，源自Eu离子的特征发光峰；随着注入电流的增大，电致发光的强度也随之增强。
实施例 4
一种基于掺铥(Tm)的氧化锌的电致发光器件的制备方法，包括以下步骤：
(1) 取电阻率约为0.001 Ω•cm、尺寸为15×15 mm2、厚度为2000 μm的N型<100>硅片，清洗后，将硅片置于金属-有机化学沉积腔体内，使用真空泵将腔体内压强抽至1×10− 3 Pa后，使用掺入1.5％的Tm的ZnO物料来沉积发光层初始膜，使用掺入40％的Mg的Zn0.6Mg0.4O物料来沉积第一势垒层初始膜，沉积过程中N型<100>硅衬底温度保持在500℃。
(2) 将步骤(1)制得的沉积有初始膜的硅片置于氧气(纯度大于70％)气氛下于500℃快速热处理1分钟，最终形成掺杂的ZnO发光层和Zn0.6Mg0.4O第一势垒层，发光层薄膜厚度约为60 nm，Tm的掺入量为原子比1.8％，第一势垒层薄膜厚度约为120 nm，Mg的掺入量为原子比40％。
(3) 在第一势垒层薄膜上使用直流反应溅射沉积厚约100 nm的IZO薄膜电极，呈直径为10 mm的圆形。
(4)在硅衬底背面使用直流溅射沉积100 nm厚的In膜欧姆接触电极，呈直径为10 mm的圆形，制得无机电致发光器件。
将上述器件中的In膜欧姆接触电极接负电压，IZO薄膜电极接正电压，测试该器件在20 mA的注入电流下的红外光区电致发光光谱(EL)，结果如图9所示，由图可知，电致发光光谱中红外光区出现了显著的约470和800 nm的发光峰，源自Tm离子的特征发光峰。
实施例 5
一种基于掺铒(Er)的氧化钛的电致发光器件的制备方法，包括以下步骤：
(1) 取电阻率约为0.1 Ω•cm、尺寸为15×15 mm2、厚度为1000μm的导电玻璃片，清洗后，将导电玻璃片置于激光脉冲沉积腔体内，使用真空泵将腔体内压强抽至1×10− 3 Pa后，使用掺入2％的Er的TiO2陶瓷靶轰击来沉积发光层初始膜，沉积时间为2小时；使用Al2O3陶瓷靶轰击来沉积第一势垒层初始膜，沉积时间为2小时；沉积过程中衬底温度保持在500℃。
(2) 将步骤(1)制得的沉积有初始膜的导电玻璃片置于氧气气氛下于700℃快速热处理1分钟，最终形成掺杂的TiO2发光层和Al2O3第一势垒层，发光层薄膜厚度约为200 nm，Er的掺入量为原子比2.0％，第一势垒层薄膜厚度约为50 nm。
(3) 在第一势垒层薄膜上使用直流反应溅射沉积厚约50 nm的AZO薄膜电极，呈直径为10 mm的圆形。
(4)在导电玻璃衬底上预留的未被氧化物覆盖的导电的位置上使用直流溅射沉积100 nm厚的Cu膜欧姆接触电极，呈直径为10 mm的圆形，制得无机电致发光器件。
实施例 6
一种基于掺铒(Er)的氧化锡的电致发光器件的制备方法，包括以下步骤：
(1) 取电阻率约为0.1 Ω•cm、尺寸为15×15 mm2、厚度为625 μm的P型<100>硅片，清洗后，将硅片置于等离子体增强化学沉积腔体内，使用真空泵将腔体内压强抽至1×10− 3 Pa后，通入Ar气至2Pa，使用掺入1％的Er的SnO2物料来沉积发光层初始膜，沉积时间为20分钟；使用MgO物料来沉积第一势垒层初始膜，沉积时间为20分钟；沉积过程中P型<100>硅衬底温度保持在500℃。
(2) 将步骤(1)制得的沉积有初始膜的硅片置于高纯氧气(纯度大于99.9％)气氛下于800℃快速热处理1分钟，最终形成掺杂的SnO2发光层和MgO第一势垒层，发光层薄膜厚度约为200 nm，Er的掺入量为原子比1.0％，第一势垒层薄膜厚度约为50 nm。
(3) 在第一势垒层薄膜上使用直流反应溅射沉积厚约100 nm的半透明Au膜电极，呈直径为10 mm的圆形。
(4)在硅衬底背面使用直流溅射沉积200 nm厚的Pt膜欧姆接触电极，呈直径为10 mm的圆形，制得无机电致发光器件。
实施例 7
一种基于掺铕(Eu)的氧化铟的电致发光器件的制备方法，包括以下步骤：
(1) 取电阻率约为0.003 Ω•cm、尺寸为15×15 mm2、厚度为675 μm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5×10− 3 Pa后，通入比例为2:1的Ar气和O2气至4Pa，使用掺入1％的Eu的In2O3陶瓷靶溅射来沉积发光层初始膜，施加的功率为约100 W，沉积时间为20分钟；使用掺入60％的Mg的Zn0.4Mg0.6O陶瓷靶溅射来沉积第一势垒层初始膜，施加的功率为约140 W，沉积时间为40分钟；沉积过程中P型<100>硅衬底温度保持在500℃。
(2) 将步骤(1)制得的沉积有初始膜的硅片置于氧气(纯度大于50％)气氛下于900℃快速热处理1分钟，最终形成掺杂的In2O3发光层和Zn0.4Mg0.6O第一势垒层，发光层薄膜厚度约为200 nm，Eu的掺入量为原子比1.0％，第一势垒层薄膜厚度约为50 nm，Mg的掺入量为原子比60％。
(3) 在第一势垒层薄膜上使用直流反应溅射沉积厚约100 nm的AZO薄膜电极，呈直径为10 mm的圆形。
(4)在硅衬底背面使用直流溅射沉积200 nm厚的Ni膜欧姆接触电极，呈直径为10 mm的圆形，制得无机电致发光器件。
实施例 8
一种基于掺铕(Eu)的氧化镍的电致发光器件的制备方法，包括以下步骤：
(1) 取石墨片，清洗后，置于射频溅射腔体内，使用真空泵将腔体内压强抽至5×10− 3 Pa后，通入比例为2:1的Ar气和O2气至4Pa，使用掺入5％的Eu的NiO陶瓷靶溅射来沉积发光层初始膜，施加的功率为约100 W，沉积时间为20分钟；使用掺入40％的Mg的Zn0.6Mg0.4O陶瓷靶溅射来沉积第一势垒层初始膜，施加的功率为约140 W，沉积时间为40分钟；沉积过程中石墨衬底温度保持在200℃。
(2) 将步骤(1)制得的沉积有初始膜的石墨片置于氧气气氛下于600℃快速热处理1分钟，最终形成掺杂的NiO发光层和Zn0.6Mg0.4O第一势垒层，发光层薄膜厚度约为200 nm，Eu的掺入量为原子比5.0％，第一势垒层薄膜厚度约为50 nm，Mg的掺入量为原子比60％。
(3) 在第一势垒层薄膜上使用直流反应溅射沉积厚约50 nm的半透明Au膜电极，呈直径为10 mm的圆形。
(4)在石墨衬底背面使用直流溅射沉积150 nm厚的Au膜欧姆接触电极，呈直径为10 mm的圆形，制得无机电致发光器件。
实施例 9
如图10所示，本发明提供一种电致发光器件，包括衬底、由下而上依次沉积在衬底正面的第二势垒层、发光层、第一势垒层和透明电极层及沉积在衬底背面的欧姆接触电极。所述的发光层为掺杂稀土的第一氧化物薄膜，所述的第一势垒层、第二势垒层为禁带宽度大于发光层0.2～1 eV的第二氧化物薄膜, 所述的第一势垒层、第二势垒层可相同或不同，所述的第一势垒层、第二势垒层的厚度为50～200 nm。
作为优选，所述的第一势垒层、第二势垒层的厚度为80～150 nm。
作为优选，所述的第一氧化物薄膜、第二氧化物薄膜的材料可相同或不同，所述的氧化物选自氧化锌、氧化镁、氧化铁、氧化钛、氧化铬、氧化锰、氧化钴、氧化镍、氧化镉、氧化钼、氧化铝、氧化镓、氧化锡、氧化铟中的任意一种或任意多种；更优选的，所述的第一氧化物、第二氧化物为氧化锌。
作为优选，所述的第一氧化物薄膜中稀土的掺入量为原子比1～5％。
作为优选，所述的第一氧化物薄膜的厚度为50～200 nm。
作为优选，所述的衬底为硅衬底，所述的第一氧化物为掺稀土的氧化锌薄膜，所述的第二氧化物为掺镁的氧化锌薄膜。
作为优选，所述掺镁的氧化锌薄膜中镁的掺入量为原子比10～60％。
作为优选，所述的透明电极层为在可见以及红外光区具有大于20％的透过率的导电薄膜，所述的透明导电薄膜可以选用半透明金(Au)膜、掺锡氧化铟(ITO)、掺铝氧化锌(AZO)、掺铟氧化锌(IZO)。
作为优选，所述的欧姆接触电极为不易氧化的金属薄膜，所述的金属选自铝、镍、金、铂、铟、铜中的任意一种或任意多种。
作为优选，所述的衬底采用硅衬底，作为最优选，选用P型硅衬底，厚度为300～2000 μm，电阻率为0.001～0.1 Ω•cm。
作为优选，所述的透明电极层的厚度为50～200 nm。
作为优选，所述的欧姆接触电极层的厚度为100～200 nm。
作为优选，所述的发光器件还包括封装层和∕或缓冲层。
一种基于掺铒(Er)的氧化锌的电致发光器件的制备方法，包括以下步骤：
(1) 取电阻率约为0.003 Ω•cm、尺寸为15×15 mm2、厚度为675 μm的P型<100>硅片，清洗后，将硅片置于电子束沉积腔体内，使用真空泵将腔体内压强抽至5×10− 3 Pa后，使用掺入40％的Mg的Zn0.6Mg0.4O物料轰击来沉积第二势垒层初始膜，沉积时间为15分钟；使用掺入1％的Er的ZnO物料轰击来沉积发光层初始膜，沉积时间为20分钟；再次使用掺入40％的Mg的Zn0.6Mg0.4O物料轰击来沉积发光层上方的第一势垒层初始膜，施加的功率为约140 W，沉积时间为40分钟；沉积过程中P型<100>硅衬底温度保持在500℃。
(2) 将步骤(1)制得的沉积有初始膜的硅片置于高纯氧气(纯度大于99.9％)气氛下于700℃快速热处理1分钟，最终形成Zn0.6Mg0.4O第二势垒层、掺杂的ZnO发光层和Zn0.6Mg0.4O第一势垒层，发光层薄膜厚度约为60 nm，Er的掺入量为原子比1.0％，第二势垒层薄膜厚度约为50 nm，第一势垒层薄膜厚度约为120 nm，Mg的掺入量为原子比40％。
(3) 在第一势垒层薄膜上使用直流反应溅射沉积厚约50 nm的半透明Au膜电极，呈直径为10 mm的圆形。
(4)在硅衬底背面使用直流溅射沉积100 nm厚的Ni-Au合金薄膜欧姆接触电极，呈直径为10 mm的圆形，制得无机电致发光器件。
将上述器件中的Ni-Au合金薄膜欧姆接触电极接负电压，Au膜半透明电极接正电压，测试该器件在不同注入电流(10、15和20 mA)下的红外光区电致发光光谱(EL)，结果如图11所示，由图可知，电致发光光谱中可见光区出现了显著的约545和567 nm的发光峰，源自Er离子的特征发光峰；随着注入电流的增大，电致发光的强度也随之增强。
对比例 3
为了说明在第2）种无机电致发光器件中，第一势垒层的存在对发光器件性能的关键作用，按照与实施例9相同的操作工艺和条件制备没有第一势垒层的无机电致发光器件，器件结构如图12所示。将该器件中的Au膜欧姆接触电极接负电压，Au膜半透明电极接正电压，测试该器件在20 mA的注入电流下可见光区电致发光光谱(EL)，结果如图13所示，由图可知，电致发光光谱中没有出现Er离子的特征发光峰。说明在具有第二势垒层的第2）种无机电致发光器件中，同样必须有第一势垒层有效的限域载流子在发光层中，才能激发出掺入的稀土离子的特征发光峰。
需要说明的是，上述实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (18)

1.一种无机电致发光器件，其特征在于：包括衬底、自下而上依次沉积在衬底正面的发光层、第一势垒层和透明电极层、以及沉积在衬底背面的欧姆接触电极；所述的衬底为导电的无机材料，所述的发光层为掺杂稀土的第一氧化物薄膜，所述的第一势垒层为禁带宽度大于发光层0.2～1 eV的第二氧化物薄膜, 所述的第一势垒层的厚度为50～200 nm。
2.根据权利要求1所述的无机电致发光器件，其特征在于：所述的衬底与发光层之间沉积有第二势垒层，所述的第二势垒层为禁带宽度大于发光层0.2～1 eV的第二氧化物薄膜，所述的第二势垒层的厚度为50～200 nm。
3.根据权利要求1或2所述的无机电致发光器件，其特征在于：作为优选，所述的第一势垒层或第二势垒层的厚度为80～150 nm。
4.根据权利要求1或2所述的无机电致发光器件，其特征在于：所述的第一氧化物薄膜、第二氧化物薄膜的材料可相同或不同，所述的氧化物选自氧化锌、氧化镁、氧化铁、氧化钛、氧化铬、氧化锰、氧化钴、氧化镍、氧化镉、氧化钼、氧化铝、氧化镓、氧化锡、氧化铟中的任意一种或任意多种。
5.根据权利要求4所述的无机电致发光器件，其特征在于：所述的氧化物为氧化锌薄膜。
6.根据权利要求1或2所述的无机电致发光器件，其特征在于：所述的第一势垒层或第二势垒层为金属掺杂的第二氧化物薄膜。
7.根据权利要求6所述的无机电致发光器件，所述的第一势垒层或第二势垒层为掺镁的氧化锌薄膜。
8.根据权利要求7所述的无机电致发光器件，其特征在于：所述掺镁的氧化锌薄膜中镁的掺入量为原子比10～60％。
9.根据权利要求1或2所述的无机电致发光器件，其特征在于：所述的稀土是镧系稀土元素，选自Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Lu中的任意一种或任意多种。
10.根据权利要求1或2所述的无机电致发光器件，其特征在于：所述的掺杂稀土的第一氧化物薄膜中稀土的掺入量为原子比1～5％。
11.根据权利要求1或2所述的无机电致发光器件，其特征在于：所述的发光层的厚度为50～200 nm。
12.根据权利要求1或2所述的无机电致发光器件，其特征在于：所述的透明电极层为在可见以及红外光区具有大于20％透过率的导电薄膜。
13.根据权利要求1或2所述的无机电致发光器件，其特征在于：所述的欧姆接触电极为不易氧化的金属薄膜，所述的金属选自铝、镍、金、铂、铟、铜中的任意一种或任意多种。
14.根据权利要求1或2所述的无机电致发光器件，其特征在于：所述的衬底选自硅衬底、导电玻璃、石墨。
15.根据权利要求1或2所述的无机电致发光器件，其特征在于：所述的发光器件还包括封装层和∕或缓冲层。
16.一种光电器件，其特征在于：所述的光电器件包括权利要求1-15任一项所述的无机电致发光器件，所述的光电器件选自发光二极管、激光二极管、光电检测设备、显示屏幕、光纤信号信息传输设备、照明、指示灯具。
17.权利要求1所述的无机电致发光器件的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)在衬底正面依次沉积发光层和第一势垒层的初始膜；
(2)将步骤(1)制得的初始膜在氧气气氛中、500～900℃条件下快速热处理1～5分钟，在衬底上制得发光层和第一势垒层，所述的发光层为掺杂稀土的第一氧化物薄膜，所述的第一势垒层为禁带宽度大于发光层0.2～1 eV的第二氧化物薄膜，所述的第一势垒层的厚度为50～200 nm；
(3)在第一势垒层上沉积透明电极层；
(4)在衬底的背面积欧姆接触电极，制得无机电致发光器件。
18.权利要求2所述的无机电致发光器件的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)在衬底正面依次沉积第二势垒层、发光层和第一势垒层的初始膜；
(2)将步骤(1)制得的初始膜在氧气气氛中、500～900℃条件下快速热处理1～5分钟，在衬底上制得第二势垒层、发光层和第一势垒层，所述的发光层为掺杂稀土的第一氧化物薄膜，所述的第一势垒层、第二势垒层为禁带宽度大于发光层0.2～1 eV的第二氧化物薄膜，所述的第一势垒层、第二势垒层的厚度为50～200 nm；
(3)在第一势垒层上沉积透明电极层；
(4)在衬底的背面积欧姆接触电极，制得无机电致发光器件。
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106024771A (zh) * 2016-07-30 2016-10-12 杨超坤 一种用于电子器件领域的新型发光二极管
CN109686826A (zh) * 2018-12-21 2019-04-26 浙江大学 一种基于Er、Zr共掺杂TiO2薄膜的电致发光器件及其制备方法
CN110444644A (zh) * 2019-07-26 2019-11-12 浙江大学 一种增强硅基铒掺杂ZnO薄膜电致发光的器件及制备方法
JP2020140946A (ja) * 2018-03-19 2020-09-03 株式会社リコー 無機ｅｌ素子、表示素子、画像表示装置、及びシステム
CN111886932A (zh) * 2018-03-19 2020-11-03 株式会社理光 无机el元件、显示元件、图像显示装置和系统
CN112467002A (zh) * 2020-11-25 2021-03-09 华南理工大学 一种氧化物发光场效应晶体管
CN114464715A (zh) * 2021-07-05 2022-05-10 荣耀终端有限公司 红外发射器及其制备方法、显示面板及其制备方法和终端

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040032203A1 (en) * 2002-08-07 2004-02-19 Sanyo Electric Co., Ltd. Inorganic electroluminescent device and method of fabricating the same
CN101026227A (zh) * 2006-02-17 2007-08-29 株式会社半导体能源研究所 发光元件、发光器件、以及电子设备
CN101404313A (zh) * 2008-11-04 2009-04-08 浙江大学 一种硅基氧化锌双向直流紫外电致发光器件及其制备方法
CN101431136A (zh) * 2008-12-16 2009-05-13 电子科技大学 硅基近红外发光薄膜材料的制备方法
CN102364708A (zh) * 2011-11-14 2012-02-29 浙江大学 一种电致发光器件及其制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040032203A1 (en) * 2002-08-07 2004-02-19 Sanyo Electric Co., Ltd. Inorganic electroluminescent device and method of fabricating the same
CN101026227A (zh) * 2006-02-17 2007-08-29 株式会社半导体能源研究所 发光元件、发光器件、以及电子设备
CN101404313A (zh) * 2008-11-04 2009-04-08 浙江大学 一种硅基氧化锌双向直流紫外电致发光器件及其制备方法
CN101431136A (zh) * 2008-12-16 2009-05-13 电子科技大学 硅基近红外发光薄膜材料的制备方法
CN102364708A (zh) * 2011-11-14 2012-02-29 浙江大学 一种电致发光器件及其制备方法

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106024771A (zh) * 2016-07-30 2016-10-12 杨超坤 一种用于电子器件领域的新型发光二极管
JP2020140946A (ja) * 2018-03-19 2020-09-03 株式会社リコー 無機ｅｌ素子、表示素子、画像表示装置、及びシステム
CN111886932A (zh) * 2018-03-19 2020-11-03 株式会社理光 无机el元件、显示元件、图像显示装置和系统
KR20200131886A (ko) * 2018-03-19 2020-11-24 가부시키가이샤 리코 무기 el 소자, 표시 소자, 화상 표시 장치 및 시스템
TWI714979B (zh) * 2018-03-19 2021-01-01 日商理光股份有限公司 無機電致發光元件、顯示元件、影像顯示裝置及系統
US11374054B2 (en) 2018-03-19 2022-06-28 Ricoh Company, Ltd. Inorganic el element, display element, image display device, and system
KR102590717B1 (ko) * 2018-03-19 2023-10-17 가부시키가이샤 리코 무기 el 소자, 표시 소자, 화상 표시 장치 및 시스템
CN109686826A (zh) * 2018-12-21 2019-04-26 浙江大学 一种基于Er、Zr共掺杂TiO2薄膜的电致发光器件及其制备方法
CN110444644A (zh) * 2019-07-26 2019-11-12 浙江大学 一种增强硅基铒掺杂ZnO薄膜电致发光的器件及制备方法
CN112467002A (zh) * 2020-11-25 2021-03-09 华南理工大学 一种氧化物发光场效应晶体管
CN114464715A (zh) * 2021-07-05 2022-05-10 荣耀终端有限公司 红外发射器及其制备方法、显示面板及其制备方法和终端
CN114464715B (zh) * 2021-07-05 2024-03-29 荣耀终端有限公司 红外发射器及其制备方法、显示面板及其制备方法和终端

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