CN207250548U - 一种核壳结构发白光器件 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及光电集成技术领域，具体地说是一种核壳结构发白光器件，其特征在于所述的该发白光器件的底部衬底为GaN衬底层，GaN衬底层的上方设有ZnO薄膜种子层，ZnO薄膜种子层上方设有ZnO纳米棒，所述的ZnO纳米棒周围包覆ZnS:Mn薄膜壳层，ZnO纳米棒和ZnS:Mn薄膜壳层构成ZnO/ZnS:Mn核壳纳米棒阵列，ZnS:Mn薄膜壳层、ZnO纳米棒、ZnO薄膜种子层、GaN衬底层构成ZnS:Mn/ZnO/GaN核壳纳米棒阵列器件，ZnS:Mn/ZnO/GaN核壳纳米棒阵列器件在325nm波长的紫外光激发下，GaN衬底层发出的蓝光可以透过上面材料，并与ZnO纳米棒的黄绿光和ZnS:Mn薄膜壳层的橙红光叠加在一起，获得白光，具有结构简单、不需要荧光粉、无污染、成本低、发光效率高且稳定等优点。
Description
技术领域
本发明涉及光电集成技术领域，具体地说是一种结构简单、不需要荧光粉、无污染、成本低、发光效率高且稳定的核壳结构发白光器件。
背景技术
众所周知，由于在高亮度蓝光发光二极管（LED）研究方面做出的巨大成就，2014年度诺贝尔物理学奖授予了日本名古屋大学的赤崎勇，天野浩以及美国加州大学的中村修二，蓝光 LED的突破使固体白光照明器件的实现成为可能，这也使得白光LED 成为人类照明史上继白炽灯、荧光灯之后的又一次飞跃，白光 LED 是一种直接把电能转化为白光的新型半导体冷光源，具有效率高、无污染、寿命长、响应快、体积小、易维护等优点，被称为第四代照明光源（或绿色照明光源），在照明、显示及军事领域具有广阔的应用前景。
目前，实现白光 LED 的方案主要有三种，一是利用蓝光 LED 激发黄光荧光粉，二是利用紫外光LED 激发红绿蓝三基色荧光粉。目前商业化的白光LED 多采用这两种方案，然而这两种途径都包含二次激发过程，这使得器件的发光效率被降低，在一定程度上制约了器件的进一步发展；第三种方案是将红、绿、蓝三种LED封装在一起直接获得白光，但由于三种LED 的驱动电压各不相同，这不仅使器件的控制电路更加复杂， 能耗也将大幅提高。鉴于上述问题的存在，人们一直希望能够实现无荧光粉的单芯片半导体白光发射器件，特别是在实际生产过程中，一般都是制作完整的发光器件即电极安装好之后进行产品的合格率检查，将不合格的产品进行销毁，这样增大了工作难度，特别是增加电极的过程中也增大了生产成本。
发明内容
本发明的目的是解决上述现有技术的不足，提供一种结构简单、不需要荧光粉、无污染、成本低、发光效率高且稳定的核壳结构发白光器件。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种核壳结构发白光器件，其特征在于所述的该发白光器件的底部衬底为GaN衬底层，GaN衬底层的上方设有ZnO薄膜种子层，ZnO薄膜种子层上方设有ZnO纳米棒，所述的ZnO纳米棒周围包覆ZnS:Mn薄膜壳层，ZnO纳米棒和ZnS:Mn薄膜壳层构成ZnO/ZnS:Mn核壳纳米棒阵列，ZnS:Mn薄膜壳层、ZnO纳米棒、ZnO薄膜种子层、GaN衬底层构成ZnS:Mn/ZnO/GaN核壳纳米棒阵列器件，ZnS:Mn/ZnO/GaN核壳纳米棒阵列器件在325nm波长的紫外光激发下，GaN衬底层发出的蓝光可以透过上面材料，并与ZnO纳米棒的黄绿光和ZnS:Mn薄膜壳层的橙红光叠加在一起，获得白光。
本发明所述的ZnO/ZnS:Mn核壳纳米棒阵列的阵列缝隙和顶部填充设有透明导电薄膜，透明导电薄膜将ZnO/ZnS:Mn核壳纳米棒阵列之间的缝隙填充，使ZnO/ZnS:Mn核壳纳米棒阵列之间通过透明导电薄膜相互连接，所述的GaN衬底层表面设有Pt/Ni（50nm/30nm）电极，带有透明导电薄膜的ZnS:Mn/ZnO核壳层表面设有Pt/Ti（50nm/30nm）电极，在正向电压激励下，该器件呈现白光发射。
本发明所述的透明导电薄膜为ITO透明导电薄膜，最上层的ITO透明导电薄膜既不影响发光效率，又简便了器件的制作。
本发明所述的ZnS:Mn薄膜壳层中的Mn2+的掺杂浓度为1%~3%，在该掺杂浓度下ZnS:Mn薄膜壳层中可以出现Mn2+的580-610nm左右的适当强度的橙红光发射，这样核壳纳米棒阵列器件就会产生较好的发光色坐标。
本发明所述的ZnS:Mn薄膜壳层中的Mn2+的最优化掺杂浓度为1%，在该掺杂浓度下ZnS:Mn薄膜壳层中可以出现Mn2+的580-610nm左右的适当强度的橙红光发射，这样核壳纳米棒阵列器件就会产生最优化的发光色坐标。
本发明由于采用上述结构，具有结构简单、不需要荧光粉、无污染、成本低、发光效率高且稳定等优点。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是带有电极的结构示意图。
图3是透明导电薄膜的结构示意图。
图4是本发明的色度图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明：
如附图所示，一种核壳结构发白光器件，其特征在于所述的该发白光器件的底部衬底为GaN衬底层1，GaN衬底层1的上方设有ZnO薄膜种子层2，ZnO薄膜种子层2上方设有ZnO纳米棒3，所述的ZnO纳米棒3周围包覆ZnS:Mn薄膜壳层4，ZnO纳米棒3和ZnS:Mn薄膜壳层4构成ZnO/ZnS:Mn核壳纳米棒阵列，ZnS:Mn薄膜壳层4、ZnO纳米棒3、ZnO薄膜种子层2、GaN衬底1层构成ZnS:Mn/ZnO/GaN核壳纳米棒阵列器件，ZnS:Mn/ZnO/GaN核壳纳米棒阵列器件在325nm波长的紫外光激发下，GaN衬底层1发出的蓝光可以透过上面材料，并与ZnO纳米棒3的黄绿光和ZnS:Mn薄膜壳层4的橙红光叠加在一起，获得白光，所述的ZnO/ZnS:Mn核壳纳米棒阵列的阵列缝隙和顶部填充设有透明导电薄膜5，透明导电薄膜5将ZnO/ZnS:Mn核壳纳米棒阵列之间的缝隙填充，使ZnO/ZnS:Mn核壳纳米棒阵列之间通过透明导电薄膜5相互连接，所述的GaN衬底层1表面设有Pt/Ni（50nm/30nm）电极6，带有透明导电薄膜的ZnS:Mn/ZnO核壳层表面设有Pt/Ti（50nm/30nm）电极7，在正向电压激励下，该器件呈现白光发射。
一种核壳结构发白光器件的制备方法，其特征在于所述的制作步骤如下：
步骤一：清洗GaN衬底，将Mg掺杂的p-GaN外延片（以蓝宝石（0001）为衬底，在未掺杂的GaN缓冲层上生长了约1μm厚的Mg掺杂p-GaN薄膜），先后放入丙酮和乙醇溶液中超声波振荡清洗10-30min，然后用去离子水冲洗干净，用氮气吹干，GaN衬底层的发光峰位为430-450nm；
步骤二：在GaN衬底层上沉积ZnO薄膜种子层，沉积ZnO薄膜种子层的方法有：脉冲激光沉积法、磁控溅射法、电子束蒸发法，沉积的ZnO的厚度为30-50nm；
步骤三：在ZnO薄膜种子层制备ZnO纳米棒，制备ZnO纳米棒的方法有：水热合成法、化学水浴沉积法、电沉积法， ZnO纳米棒的发光峰位为375-387nm和560-580nm；
步骤四：在ZnO纳米棒上包覆ZnS:Mn薄膜壳层，沉积ZnS:Mn薄膜壳层的方法有：脉冲激光沉积法、磁控溅射法、电子束蒸发法，ZnS:Mn薄膜壳层的发光峰位为580-610nm，ZnO纳米棒和ZnS:Mn薄膜壳层构成ZnO/ZnS:Mn核壳纳米棒阵列，ZnS:Mn薄膜壳层、ZnO纳米棒、ZnO薄膜种子层、GaN衬底层构成ZnS:Mn/ZnO/GaN核壳纳米棒阵列器件，ZnS:Mn/ZnO/GaN核壳纳米棒阵列器件在325nm波长的紫外光激发下，GaN衬底层发出的蓝光可以透过上面材料，并与ZnO纳米棒的黄绿光和ZnS:Mn薄膜壳层的橙红光叠加在一起，获得白光，色坐标为（0.31~0.35，0.30~0.34）再进行增加电极进行生产实用；
步骤五：在ZnO/ZnS:Mn核壳纳米棒阵列的顶端沉积透明导电薄膜，厚度为100-120nm，透明导电薄膜填充在ZnO/ZnS:Mn核壳纳米棒阵列缝隙内，并覆在ZnO/ZnS:Mn核壳纳米棒阵列的顶端使ZnO/ZnS:Mn核壳纳米棒阵列相互连接；
步骤六：分别在GaN衬底层制备Pt/Ni（50nm/30nm）电极，在包覆ZnO/ZnS:Mn核壳纳米棒阵列表面的透明导电薄膜上制备Pt/Ti（50nm/30nm）电极；
步骤七：用正向电压激发ZnS:Mn/ZnO/GaN核壳纳米棒阵列，得到可见光区较强的白光发射，得到的白光发射光谱波长范围为350-800nm，色坐标为（0.335~0.3393，0.3334~0.3366）。
本发明所述的透明导电薄膜为ITO透明导电薄膜，最上层的ITO透明导电薄膜既不影响发光效率，又简便了器件的制作。
本发明所述的ZnS:Mn薄膜壳层中的Mn2+的掺杂浓度为1%~3%，在该掺杂浓度下ZnS:Mn薄膜壳层中可以出现Mn2+的580-610nm左右的适当强度的橙红光发射，这样核壳纳米棒阵列器件就会产生较好的发光色坐标。
本发明所述的ZnS:Mn薄膜壳层中的Mn2+的最优化掺杂浓度为1%，在该掺杂浓度下ZnS:Mn薄膜壳层中可以出现Mn2+的580-610nm左右的适当强度的橙红光发射，这样核壳纳米棒阵列器件就会产生最优化的发光色坐标。
上述步骤五中透明导电薄膜可由另一种节约成本的透明导电薄膜代替，其制作步骤如下：
步骤1：在ZnO/ZnS:Mn核壳纳米棒阵列的顶端上沉积ZnO薄膜层，沉积ZnO薄膜层的方法有：脉冲激光沉积法、电子束蒸发法、磁控溅射法，沉积的ZnO的厚度为20-60nm；
步骤2：在ZnO薄膜上沉积Au膜层，沉积Au膜层的方法有：脉冲激光沉积法、电子束蒸发法、磁控溅射法。Au层厚度为6-30nm；
步骤3：在Au膜上沉积ZnS薄膜层，沉积ZnS薄膜层的方法有：脉冲激光沉积法、电子束蒸发法、磁控溅射法，沉积的ZnS的厚度为20-60nm。
本发明的优点和有益效果如下：
核壳结构发白光器件的优点：
1.器件结构简单、不需要荧光粉、无污染、成本低、发光效率高且稳定。
2.采用ZnS:Mn/ZnO/GaN核壳纳米棒阵列体系，使光吸收效率增强，所以光学特性十分优异，输运电子能力也较强。
3.ZnO纳米棒外面包覆的ZnS:Mn层，可以使器件发光的色坐标更接近标准白光（0.33, 0.33）。
4.最上层的ITO透明导电薄膜既不影响发光效率，又简便了器件的制作。
5.器件的最小开启电压约为6V，明显小于文献报道的器件的开启电压。
6.不论用紫外光激发还是电压激励，都可以得到较好的白光发射。
7.降低了生产成本，加快了工作效率。
8. GaN衬底层上设有ZnO薄膜种子层作为ZnO纳米棒生长的缓冲层和成核籽晶层，而ZnO薄膜种子层的作用可以减小ZnO纳米棒和衬底之间的晶格失配，使ZnO纳米棒分布均匀、垂直有序、排列整齐地生长，由于ZnO薄膜种子层的存在，使得生长得到的ZnO纳米棒排列整齐、结构致密、方向性更好，这就使得ZnS:Mn/ZnO/GaN核壳纳米棒阵列的发光性能很好。
9. ZnS:Mn薄膜壳层中的Mn2+掺杂浓度为1.0%，根据该制备方法和制备条件使得到的ZnS:Mn薄膜壳层中出现了Mn2+的580-610nm左右的橙红光发射，这样核壳纳米棒阵列器件就会产生最优化的发光色坐标。
本产品在本专利的制备方法和制备条件其他因素全部相同的情况下，根据ZnS:Mn薄膜壳层中的Mn2+掺杂浓度的不同得出电致发光峰位和发光色坐标的表格如下（表一）：
表一：
根据表一可以看出：在Mn2+掺杂浓度为1%~3%的情况下，电致发光长波长峰位在600nm左右，这是由于产品的ZnS:Mn薄膜壳层中出现了Mn2+的600nm左右的橙红光发射，其中掺杂浓度为1.0%时，核壳纳米棒阵列器件的发光色坐标最接近标准白光（0.33, 0.33）。
本产品在本专利的制备方法和制备条件等其他因素全部相同的情况下，根据激励电压不同产生的不同发光色坐标表格如下（表二）：
表二：
根据表二可以看出：在较低激励电压6~20V的激励电压的情况下，其都可以产生接近标准白光（0.33, 0.33）的发光色坐标，高电压激励下，就会因为高电压产生较高的热量，对器件易产生损坏，器件的使用寿命降低，符合绿色能源生产标准。
透明导电薄膜的优点：
原始运用ITO透明导电薄膜中，ITO透明导电薄膜内含有In元素，但是自然界中In含量极少，价格昂贵，而且单层的透明导电氧化物薄膜高温下易被氧化，难于实现稳定掺杂，本申请制作的透明导电薄膜三明治结构，其结构简单、成本低；透过率高（>86.6%），面电阻低（<26Ω/sq），品质因数高（>6.562×10-3Ω-1）；热稳定性、抗腐蚀性较强；将ZnO作为底层介质，ZnS作为表层介质，可以有效防止制备过程中金属Au层的氧化，提高透明导电三层复合薄膜的光电性能。
本发明中核壳结构发光器件的实施例：
实施例1
步骤一：清洗GaN衬底，先后放入丙酮和乙醇溶液中超声波振荡清洗10-30min，然后用去离子水冲洗干净，用氮气吹干；
步骤二：在GaN衬底层上用电子束蒸发法沉积ZnO薄膜种子层，ZnO靶的纯度为99.99%，真空度优于1.0×10-4Pa，镀膜时电子束流为8 mA，阳极电压为6 kV，蒸发时间为10-20 min，衬底温度为RT-300℃，ZnO薄膜的厚度为30-50nm；
步骤三：在ZnO薄膜种子层上用电沉积法制备ZnO纳米棒，准确称取一定量的 Zn(NO3) 2 6H2 O 溶于去离子水中， 配制一定浓度的电沉积溶液； 控制电沉积溶液的温度为60-80℃ 电沉积时间为1-2 h， 以2.0 cm×2.5 cm 导电玻璃为工作电极，Pt 电极为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，采用恒电位法制备ZnO纳米棒阵列。
步骤四：在ZnO纳米棒上用电子束蒸发法包覆ZnS:Mn薄膜层，ZnS:Mn靶的纯度为99.99%，真空度优于1.0×10-4Pa，镀膜时电子束流为8 mA，阳极电压为6 kV，蒸发时间为20-40 min，衬底温度为200-300℃，蒸镀完毕后，ZnS:Mn薄膜样品在7.5×10-5Pa真空条件下300-400℃退火0.5-1h，ZnS:Mn薄膜的发光峰位为580-610nm，ZnO纳米棒和ZnS:Mn薄膜壳层构成ZnO/ZnS:Mn核壳纳米棒阵列，ZnS:Mn薄膜壳层、ZnO纳米棒、ZnO薄膜种子层、GaN衬底层构成ZnS:Mn/ZnO/GaN核壳纳米棒阵列器件，ZnS:Mn/ZnO/GaN核壳纳米棒阵列器件在325nm波长的紫外光激发下，GaN衬底层发出的蓝光可以透过上面材料，并与ZnO纳米棒的黄绿光和ZnS:Mn薄膜壳层的橙红光叠加在一起，获得白光，再进行增加电极进行生产实用；
步骤五：在ZnO/ZnS:Mn核壳纳米棒阵列的顶端用电子束蒸发法沉积ITO透明导电薄膜，厚度为100-120nm，透明导电薄膜填充在ZnO/ZnS:Mn核壳纳米棒阵列缝隙内，并覆在ZnO/ZnS:Mn核壳纳米棒阵列的顶端使ZnO/ZnS:Mn核壳纳米棒阵列相互连接。
步骤六：分别在GaN衬底层表面用电子束蒸发法制备Pt/Ni（50nm/30nm）电极，在包覆ZnO/ZnS:Mn核壳纳米棒阵列表面的透明导电薄膜上用电子束蒸发法制备Pt/Ti（50nm/30nm）电极，为了保证较好的欧姆接触，样品在300-500℃退火10-30min；
步骤七：用6-20V的正向电压激发ZnS:Mn/ZnO/GaN核壳纳米棒阵列，得到可见光区波长350-900nm的白光。
实施例2
步骤一：清洗GaN衬底，先后放入丙酮和乙醇溶液中超声波振荡清洗10-30min，然后用去离子水冲洗干净，用氮气吹干；
步骤二：在GaN衬底层上用脉冲激光沉积法沉积ZnO薄膜种子层，使用波长为248nm，脉宽为10 ns的氟化氪准分子激光器，聚焦在ZnO陶瓷靶材（99.99%）上，激光脉冲能量为250-350 mJ，激光脉冲重复频率5-10Hz，聚焦在陶瓷靶材上的面积为4 mm2，能量密度6 J/cm2，真空室背底真空为10-7 Pa，ZnO沉积时的源-基距为4-6 cm，生长温度为RT-300℃，ZnO薄膜的厚度为30-50nm；
步骤三：在ZnO薄膜种子层上用水热合成法制备ZnO纳米棒，分别配制Zn(NO3)2溶液和六亚甲基四胺（HMT）溶液，浓度均为0.01~0.03mol/L，将摩尔比为1:1的溶液混合后倒入水热反应釜中，然后放入准备好的GaN衬底，将反应釜放入电恒温鼓风干燥箱并升温至90-120℃，生长时间为2-5h，待反应结束将反应釜自然冷却至室温，取出样品并用大量去离子水冲洗，然后放入烘箱在80-100℃下干燥0.5-1h，ZnO纳米棒的发光峰位为373-387nm和560-580nm；
步骤四：在ZnO纳米棒上用脉冲激光沉积法包覆ZnS:Mn薄膜层，使用波长为248nm，脉宽为10 ns的氟化氪准分子激光器，聚焦在ZnS:Mn陶瓷靶材（99.99%）上，激光脉冲能量为250 -350mJ，激光脉冲重复频率5Hz，聚焦在陶瓷靶材上的面积为4 mm2，能量密度6 J/cm2。真空室背底真空为10-7 Pa，ZnS:Mn沉积时的源-基距为4-6 cm，生长温度为200-300℃，ZnS:Mn薄膜的发光峰位为580-610nm，ZnO纳米棒和ZnS:Mn薄膜壳层构成ZnO/ZnS:Mn核壳纳米棒阵列，ZnS:Mn薄膜壳层、ZnO纳米棒、ZnO薄膜种子层、GaN衬底层构成ZnS:Mn/ZnO/GaN核壳纳米棒阵列器件，ZnS:Mn/ZnO/GaN核壳纳米棒阵列器件在325nm波长的紫外光激发下，GaN衬底层发出的蓝光可以透过上面材料，并与ZnO纳米棒的黄绿光和ZnS:Mn薄膜壳层的橙红光叠加在一起，获得白光，再进行增加电极进行生产实用；
步骤五：在ZnO/ZnS:Mn核壳纳米棒阵列的顶端用脉冲激光沉积法沉积ITO透明导电薄膜，厚度为100-120nm，透明导电薄膜填充在ZnO/ZnS:Mn核壳纳米棒阵列缝隙内，并覆在ZnO/ZnS:Mn核壳纳米棒阵列的顶端使ZnO/ZnS:Mn核壳纳米棒阵列相互连接。
步骤六：分别在GaN衬底层表面用脉冲激光沉积法制备Pt/Ni（50nm/30nm）电极，在包覆ZnO/ZnS:Mn核壳纳米棒阵列表面的透明导电薄膜上用脉冲激光沉积法制备Pt/Ti（50nm/30nm）电极，为了保证较好的欧姆接触，样品在300-500℃退火10-30min；
步骤七：用6-20V的正向电压激发ZnS:Mn/ZnO/GaN核壳纳米棒阵列，得到可见光区波长350-900nm的白光。
实施例3
步骤一：清洗GaN衬底，先后放入丙酮和乙醇溶液中超声波振荡清洗10-30min，然后用去离子水冲洗干净，用氮气吹干。
步骤二：在GaN衬底层上用磁控溅射法沉积ZnO薄膜种子层，ZnO靶的纯度为99.99%，本底真空为6×10- 4Pa，采用99.9%的高纯氩气，氩气压强为0.1-0.3Pa，氩气流量为20sccm，溅射功率为100W，靶与衬底间距离为4 -6cm，沉积温度为RT-300℃，沉积时间为0.5-1h，ZnO薄膜的厚度为30-50nm；
步骤三：在ZnO薄膜种子层上用化学水浴沉积法制备ZnO纳米棒，配置一定比例的硝酸锌( 以此作为Zn源) 和六次甲基四胺(C6H12N4) 的水溶液,其中Zn (NO3)2和C6H12N4的物质的量比为 1∶1，将长有ZnO薄膜种子层的GaN衬底层竖直放置在上述溶液中,在一定的水浴温度( 20-90 ℃) 下静置2-4 h，样品从溶液中取出后,用去离子水漂洗,以去除附着在表面的沉积物，然后放入烘箱在60-80℃下干燥0.5-1h，ZnO纳米棒的发光峰位为373-387nm和560-580nm。
步骤四：在ZnO纳米棒上用磁控溅射法包覆ZnS:Mn薄膜层，利用机械泵和分子泵两级抽真空系统，将背底真空抽至~10-4Pa，通入高纯 20sccm Ar气，溅射室真空保持在 2.0-3.0Pa，衬底温度保持在200-300℃，射频频率调至120W。沉积时间为0.5-1h，ZnS:Mn薄膜的发光峰位为595nm；ZnO纳米棒和ZnS:Mn薄膜壳层构成ZnO/ZnS:Mn核壳纳米棒阵列，ZnS:Mn薄膜壳层、ZnO纳米棒、ZnO薄膜种子层、GaN衬底层构成ZnS:Mn/ZnO/GaN核壳纳米棒阵列器件，ZnS:Mn/ZnO/GaN核壳纳米棒阵列器件在325nm波长的紫外光激发下，GaN衬底层发出的蓝光可以透过上面材料，并与ZnO纳米棒的黄绿光和ZnS:Mn薄膜壳层的橙红光叠加在一起，获得白光，再进行增加电极进行生产实用；
步骤五：在ZnO/ZnS:Mn核壳纳米棒阵列的顶端用磁控溅射法沉积ITO透明导电薄膜，厚度为100-120nm，透明导电薄膜填充在ZnO/ZnS:Mn核壳纳米棒阵列缝隙内，并覆在ZnO/ZnS:Mn核壳纳米棒阵列的顶端使ZnO/ZnS:Mn核壳纳米棒阵列相互连接。
步骤六：分别在GaN衬底层表面用磁控溅射法制备Pt/Ni（50nm/30nm）电极，在包覆ZnO/ZnS:Mn核壳纳米棒阵列表面的透明导电薄膜上用磁控溅射法制备Pt/Ti（50nm/30nm）电极，为了保证较好的欧姆接触，样品在300-500℃退火10-30min。
步骤七：用6-20V的正向电压激发ZnS:Mn/ZnO/GaN核壳纳米棒阵列，得到可见光区波长350-900nm的白光。
本发明核壳结构发光器件中透明导电薄膜的实施例
实施例1
步骤1：在ZnO/ZnS:Mn核壳纳米棒阵列的顶端上用脉冲激光沉积法沉积ZnO薄膜层，使用波长为248 nm，脉宽为10 ns的氟化氪准分子激光器，聚焦在ZnO陶瓷靶材（99.99%）上，激光脉冲能量为250-300 mJ，激光脉冲重复频率5-10Hz，聚焦在陶瓷靶材上的面积为4mm2，能量密度6 J/cm2，真空室背底真空为10-7 Pa，ZnO沉积时的源-基距为4-6 cm，生长温度为室温RT-300℃，ZnO薄膜的厚度为20-60nm；
步骤2：在ZnO薄膜层上用脉冲激光沉积法沉积Au膜层，使用波长为248 nm，脉宽为10 ns的氟化氪准分子激光器，聚焦在Au靶材（99.999%）上，激光脉冲能量为300-350 mJ，激光脉冲重复频率5-10Hz，聚焦在陶瓷靶材上的面积为4 mm2，能量密度6 J/cm2。真空室背底真空为10-7 Pa，Au沉积时的源-基距为4-6 cm，生长温度为室温RT-100℃。Au膜的厚度为6-30nm。
步骤3：在Au膜层上用脉冲激光沉积法沉积ZnS薄膜层，使用波长为248 nm，脉宽为10 ns的氟化氪准分子激光器，聚焦在ZnS陶瓷靶材（99.99%）上，激光脉冲能量为250-350mJ，激光脉冲重复频率5-10Hz，聚焦在陶瓷靶材上的面积为4 mm2，能量密度6 J/cm2。真空室背底真空为10-7 Pa，ZnS沉积时的源-基距为4-6 cm，生长温度为室温RT-300℃，ZnS薄膜的厚度为20-60nm。
实施例2
步骤1：在ZnO/ZnS:Mn核壳纳米棒阵列的顶端上用电子束蒸发法沉积ZnO薄膜层，ZnO靶的纯度为99.99%，真空度优于1.0×10-4Pa，镀膜时电子束流为8 mA，阳极电压为6kV，衬底温度为RT-300℃，ZnO薄膜的厚度为20-60nm。蒸镀完毕后，ZnO薄膜层样品在7.5×10-5Pa真空条件下300-500℃退火0.5-1h；
步骤2：在ZnO薄膜层上用电子束蒸发法沉积Au膜层，Au靶的纯度为99.999%，真空度优于1.0×10-4Pa，镀膜时电子束流为8 mA，阳极电压为6 kV，衬底温度为RT-100℃，Au薄膜的厚度为6-30nm。蒸镀完毕后，Au薄膜样品在7.5×10-5Pa真空条件下200-300℃退火0.5-1h；
步骤3：在Au膜层上用电子束蒸发法沉积ZnS薄膜层，ZnS靶的纯度为99.99%，真空度优于1.0×10-4Pa，镀膜时电子束流为8 mA，阳极电压为6 kV，衬底温度为RT-300℃，ZnS薄膜的厚度为20-60nm。蒸镀完毕后，ZnS薄膜样品在7.5×10-5Pa真空条件下300-500℃退火0.5-1h。
实施例3
步骤1：在ZnO/ZnS:Mn核壳纳米棒阵列的顶端上用磁控溅射法沉积ZnO薄膜层，ZnO靶的纯度为99.99%，本底真空为6×10- 4Pa，采用99.9%的高纯氩气，氩气压强为0.1-0.2Pa，氩气流量为20sccm，溅射功率为100W，靶与衬底间距离为4-6 cm，沉积温度为RT-300℃，ZnO薄膜的厚度为20-60nm；
步骤2：在ZnO薄膜层上用磁控溅射法沉积Au膜层，Au靶的纯度为99.999%，本底真空为6×10- 4Pa，采用99.9%的高纯氩气，氩气压强为0.1-0.2Pa，氩气流量为20sccm，溅射功率为100W，靶与衬底间距离为4 -6cm，沉积温度为RT-100℃，Au薄膜的厚度为6-30nm；
步骤3：在Au膜层上用磁控溅射法沉积ZnS薄膜层，ZnS靶的纯度为99.99%，本底真空为6×10- 4Pa，采用99.9%的高纯氩气，氩气压强为0.1-0.2Pa，氩气流量为20sccm，溅射功率为100W，靶与衬底间距离为4 -6cm，沉积温度为RT-300℃，ZnS薄膜的厚度为20-60nm。
本发明在实际生产过程中，制作ZnS:Mn/ZnO/GaN核壳纳米棒阵列器件和透明导电薄膜的过程中，采用的膜层和ZnO纳米棒的制备方法不限于本专利文件中的方法，凡是能制作出膜层的方法都可以在本专利中运用，透明导电薄膜中的Au膜层也不仅限于Au金属，也可由其他透过性、导电性能好的金属代替，在制备ZnS:Mn/ZnO/GaN核壳纳米棒阵列器件完成后进行紫外光激发检验，若不发白光进行再次试验调整，若发白光就增加透明导电薄膜和电极进行实际测试和应用，这样降低了生产出产品的不合格率，降低生产成本。
Claims (5)
1.一种核壳结构发白光器件，其特征在于该发白光器件的底部衬底为GaN衬底层，GaN衬底层的上方设有ZnO薄膜种子层，ZnO薄膜种子层上方设有ZnO纳米棒，所述的ZnO纳米棒周围包覆ZnS:Mn薄膜壳层，ZnO纳米棒和ZnS:Mn薄膜壳层构成ZnO/ZnS:Mn核壳纳米棒阵列，ZnS:Mn薄膜壳层、ZnO纳米棒、ZnO薄膜种子层、GaN衬底层构成ZnS:Mn/ZnO/GaN核壳纳米棒阵列器件，ZnS:Mn/ZnO/GaN核壳纳米棒阵列器件在325nm波长的紫外光激发下，GaN衬底层发出的蓝光可以透过上面材料，并与ZnO纳米棒的黄绿光和ZnS:Mn薄膜壳层的橙红光叠加在一起，获得白光。
2.根据权利要求1所述的一种核壳结构发白光器件，其特征在于所述的ZnO/ZnS:Mn核壳纳米棒阵列的阵列缝隙和顶部填充设有透明导电薄膜，所述的GaN衬底层表面设有Pt/Ni电极，带有透明导电薄膜的ZnS:Mn/ZnO核壳层表面设有Pt/Ti电极，在正向电压激励下，该器件呈现白光发射。
3.根据权利要求2所述的一种核壳结构发白光器件，其特征在于所述的透明导电薄膜为ITO透明导电薄膜。
4.根据权利要求1所述的一种核壳结构发白光器件，其特征在于所述的ZnS:Mn薄膜壳层中的Mn2+的掺杂浓度为1%~3%。
5.根据权利要求4所述的一种核壳结构发白光器件，其特征在于所述的ZnS:Mn薄膜壳层中的Mn2+的最优化掺杂浓度为1%。
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