[发明专利]稀土复合离子注入发光材料制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种离子注入制备发光材料的方法，特别涉及一种稀土复合离子注入制备发光材料的方法。

背景技术

在各种各样固态发光材料的制备中，稀土离子经常被采用作为掺杂离子来实现各种波段的发光光源。在制备稀土掺杂发光材料的方法中，离子注入是其中一个重要的掺杂手段，它采用非平衡掺杂的原理可实现远超过材料中稀土固溶度的掺杂密度，尤其是在半导体材料或薄膜材料的需要精密控制掺杂剂纯度的掺杂过程中，离子注入可以很好的满足这方面的需求。德国Ennen最早报道了采用离子注入稀土金属Er进入半导体材料单晶硅和砷化镓中(美国Applied PhysicsLetters，1983 Vol 43 page 943和1985 Vol 46 page 381)，并实现了低温下比较强的发光，相关技术申请了欧洲专利。

稀土材料单独作为离子形式存在时，一般而言，它们是不具有光学活性的，它们只有在与其它元素离子形成配合物的情况下，稀土离子才有可能作为发光中心存在。因此，稀土离子注入制备发光材料时，一般都需要同时注入别的掺杂元素离子以期经过高温退火后与注入的稀土离子形成复合的发光中心，这加长了材料制备的周期，因而增加了材料制备的成本。

发明内容

本发明专利的目的是提供一种稀土复合离子注入制备发光材料的方法。其核心是在离子注入进行稀土离子掺杂时利用稀土复合离子同步注入掺入其它杂质离子，无须低温、多次注入，实验重复性好，工艺简单，容易实现，适用于制备各种稀土掺杂固态发光材料。

本实用新型一种稀土复合离子注入制备发光材料的方法，其特征在于，其中包括如下步骤：

步骤1：取一衬底；

步骤2：在该衬底上注入稀土离子的复合离子；

步骤3：退火，完成发光材料的制备。

其中该衬底为体材料或体材料上的薄膜或量子异质结构。

其中该量子异质结构包括量子阱、量子线、量子点中至少一种。

其中该衬底为半导体材料或为绝缘体材料。

其中稀土离子包括所有16种稀土材料，它们是钇、镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥或它们的组合。

其中复合离子中除稀土离子之外的杂质离子包括氮、氧、氟、磷、硫、氯或它们的组合。

其中复合离子注入时，复合离子的表示式为(RExRy)m+/-，其中RE代表稀土，R代表其它元素，包括氮、氧、氟、磷、硫、氯或它们的组合，x，y可分别取为1，1.5，2，2.5，3，m可取为1，2，3，4，5。

其中离子注入时，离子源采用稀土化合物起弧，或采用稀土单质在相应的包含有杂质离子的其他化合物中起弧。

其中离子注入时的温度设定为零下200℃到800℃之间任意温度。

其中所述的退火的温度为200℃到1000℃之间任意温度。

附图说明

为进一步说明本发明的技术内容，以下结合实例及附图对本发明作一详细的描述，其中：

图1是稀土复合离子注入的示意图；

图2是常温下采用稀土复合离子源ErF1+和ErF2+注入到单晶硅中经在惰性气氛下退火后测得的低温光致发光谱图；

图3是常温下采用稀土复合离子源PrF2+注入到单晶硅中经在惰性气氛下退火后测得的低温光致发光谱图；

图4是液氮温度(77K)下采用稀土复合离子源PrF2+注入到单晶硅中经在惰性气氛下退火后测得的低温光致发光谱图；

图5是常温下采用稀土金属铒单质在氟化硼气氛下起弧将ErF2+注入到单晶硅中经在惰性气氛下退火后测得的低温光致发光谱图；

具体实施方式

本发明其核心是在离子注入进行稀土离子掺杂时利用复合离子同步注入掺入其它杂质离子，无须低温、多次注入，实验重复性好，工艺简单，容易实现，适用于制备各种稀土掺杂发光材料。

请参阅图1所示，本发明一种稀土复合离子注入制备发光材料的方法，其中包括如下步骤：

步骤1：取一衬底，该衬底为体材料或体材料上的薄膜或量子异质结构，该量子异质结构包括量子阱、量子线、量子点中至少一种，该衬底为半导体材料或为绝缘体材料；

其中稀土离子包括所有16种稀土材料，它们是钇、镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥或它们的组合；

其中复合离子中除稀土离子之外的杂质离子包括氮、氧、氟、磷、硫、氯或它们的组合；