[发明专利]一种基于CdZnO薄膜的电致发光器件及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电致发光器件，尤其涉及一种基于CdZnO薄膜的电致发光器件及制备方法。

背景技术

由于光电技术的发展，对紫外、可见区的短波长光电器件的需求，使得ZnO材料受到了越来越多的关注。ZnO为宽禁带直接带隙半导体，室温下禁带宽度为3.36eV，激子结合能为60meV，因此室温下不易被热激发，具备室温下发射短波长光的必要条件。近来研究表明，ZnO由于具有合适的禁带宽度、丰富的本征缺陷和离子易掺杂的特点而具有高场电致发光性能，且其材料来源丰富、价格低廉、制备温度较低、化学稳定性好、导电性能好，具有其它电致发光氧化物所不具有的优点。

作为ZnO体系中的重要一员，CdZnO薄膜通过调节Cd的含量，可以有效地将CdZnO薄膜的发光波长调节至可见光区(J.A.Van Vechten and T.K.Bergstresser，Phys.Rev.B.1，3351(1970))。如果能够利用CdZnO薄膜实现在可见区的电致发光，无疑具有积极的现实意义。同时，硅是一种重要的半导体材料，然而由于其是间接带隙半导体，不能直接用来制备发光器件。目前，人们正在致力于实现硅基光电集成，其中最关键是实现硅基发光。显然，如果能实现硅基CdZnO薄膜的可见电致发光器件，无疑有广阔的应用前景。

目前对于硅基CdZnO薄膜的电致发光器件报道还很少。其主要瓶颈在于，一方面CdO在CdO-ZnO合金系统中的固溶度很低(在热平衡状态下大约只有2mol％)，所以很难利用简单的设备制备出高Cd含量的CdZnO薄膜。另一方面Cd较低的熔沸点又使得制备基于高Cd浓度掺杂的CdZnO薄膜电致发光器件变得十分困难。

2007年A.Nakamura等人利用RPE-MOCVD的方法制备了n-ZnO/n-MgZnO/ZnCdO/p-SiC结构电致发光器件，实现了ZnCdO薄膜在可见区的发光(A.Nakamura，T.Ohashi，K.Yamamoto，J.Ishihara，T.Aoki，J.Temmyo and H.Gotoh，″Full-color electroluminescence from ZnO-based heterojunction diodes″，Appl.Phys.Lett.90，093512(2007))。2008年J.W.Mares等人利用等离子体辅助MBE的方法制备了GaN/CdZnO复合量子阱结构电致发光器件，其器件的发光波长位于390～415nm(J.W.Mares，M.Falanga，A.V.Thompson，A.Osinsky，J.Q.Xie，B.Hertog，A.Dabiran，P.P.Chow，S.Karpov and W.V.Schoenfeld，″Hybrid CdZnO/GaN quantum-well light emitting diodes″，J.Appl.Phys.104，093107(2008))。2009年J.L.Liu等人利用等离子体辅助MBE的方法制备了p-ZnO/i-CdZnO/n-ZnO结构电致发光器件，其发光波长位于466nm(L.Li，Z.Yang，J.Y.Kong，andJ.L.Liu，Appl.Phys.Lett.95，232117(2009))。然而，以上器件均存在结构复杂，开启电压较大，对设备要求高，制备周期长等问题。如何利用简单的设备制备出低开启电压的硅基CdZnO薄膜的可见电致发光器件，是亟需解决的一个难题。

发明内容

本发明提供了一种基于CdZnO薄膜的电致发光器件，结构简单，开启电压低，能够实现在可见区的电致发光。

一种基于CdZnO薄膜的电致发光器件，包括P型硅衬底，所述的P型硅衬底正面自下而上依次沉积有绝缘层、发光层和电极层，P型硅衬底背面沉积有欧姆接触电极；所述的发光层为CdZnO薄膜。

所述的电致发光器件以P型硅衬底作为空穴提供体，CdZnO薄膜作为电子提供体，中间的绝缘层能够有效降低器件的工作电流；掺杂有合适量Cd的CdZnO薄膜可通过近带边和缺陷的自发辐射复合发出可见区光。

所述的P型硅衬底采用重掺P型硅片，可以有效地为器件提供空穴。

所述的重掺P型硅片的电阻率优选为0.01～1欧姆·厘米；更优选为0.01欧姆·厘米。电阻率过高的P型硅片空穴注入少，会降低器件的发光效率；电阻率更低的P型硅片以现有的生产工艺还很难实现。该电阻率条件的P型硅片不仅制备方便，而且制得的器件发光效率较高。

所述的P型硅衬底采用普通厚度的重掺P型硅片即可，其厚度优选为400～700μm。