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三价稀土离子的f-f跃迁一般发射锐线状谱,发光色纯度高,在固态照明领域获得了广泛应用,也可作为显示器件中理想的三基色发光材料。另一方面,ZnO是新兴的宽禁带(3.37eV)直接带半导体材料,室温下有很高的激子结合能(60 meV),因此室温下易获得高效的紫外激子发射。此外,它有着与GaN相似的性质,但其所需的生长温度仅为500-600℃,低于GaN的生长温度(>1000℃),可生长于玻璃衬底上。因此,若能在ZnO基上实现高色纯度的三价稀土离子的三基色电致发光以及发光颜色可调的电致发光器件,将为未来稳定高效的无机电致发光显示和无荧光粉的白光LED的发展提供新的路径。在ZnO的发光特性的研究中,ZnO紫外发光的增强和缺陷发光的主要机制获得了广泛研究,但目前关于缺陷发光的主要机制仍存在争议。而在稀土掺杂的ZnO电致发光器件中,由于稀土离子在ZnO中的固溶度低,因此通过增加掺杂浓度来提高稀土离子电致发光的效果不明显。针对以上问题,本论文首先通过对不同退火条件对ZnO薄膜PL光谱的影响,得出N2退火更有利于ZnO UV发光的提高。其次,通过器件结构的设计和稀土离子间的能量传递提高了稀土离子的电致发光。最后,通过稀土离子间的能量传递实现了发光颜色可控的ZnO基电致发光器件。具体的研究工作如下:(1)高质量的ZnO薄膜的制备及其光致发光特性的研究。利用磁控溅射在Si衬底上沉积了 ZnO薄膜并测试了薄膜的光学带隙、结晶质量和PL光谱。通过调节衬底温度和氩氧比提高了 ZnO薄膜PL光谱中的紫外发光。通过对不同氛围(02、N2)中退火后的ZnO薄膜的PL光谱的研究,探讨了引起缺陷发光的主要机制。通过调节N2氛围中的退火温度和时间,获得了 PL光谱中紫外(UV):可见(VIS)=19:1的高质量的ZnO薄膜。(2)空穴注入层和空穴加速层对ZnO:Er电致发光器件的改善。利用磁控共溅射的方法在n-Si片衬底上制备了 ZnO:Er电致发光器件,获得了 Er3+绿色电致发光。通过对EL和PL光谱的对比分析,探讨了器件电致发光的发光机理。此外,在ZnO:Er单层器件中引入PEDOT/PSS作为空穴注入层,提高了 Er3+的绿色电致发光。在ZnO:Er单层器件中引入MgZnO:In层作为空穴加速层,并通过调整In的浓度调节了 MgZnO:In层的能带位置,从而减小了空穴的注入势垒,提高了器件的电致发光性能。利用磁控共溅射的方法制备了 ZnO:Tb绿色电致发光器件,获得了Tb3+绿色的电致发光。(3)稀土掺杂ZnO薄膜电致发光器件中能量传递现象的研究。利用磁控共溅射的方法制备了 ZnO:Eu电致发光器件,获得了 Eu3+的红色电致发光。通过共溅射的方法在ZnO:Eu电致发光器件中引入Tb3+,并通过Tb3+→Eu3+的能量传递增强了Eu3+的电致发光,在Eu的掺杂浓度不变的情况下,得到了 Tb的最佳掺杂浓度。此外,还用同样的方法在ZnO:Eu器件中引入Tm3+,通过Tm3+→Eu3+的能量传递增强了 Eu3+的电致发光。同时,通过改变Eu和Tm的掺杂浓度调节了器件电致发光的颜色。利用同样的方法制备了 ZnO:Sm/Tb电致发光器件,通过Tb3+→Sm3+的能量传递增强了Sm3+的电致发光。(4)稀土掺杂ZnO薄膜白光电致发光器件的初步探索。利用分层生长的方法制备了ZnO:Tm蓝色电致发光器件,获得了CIE坐标为(0.13,0.09)的Tm3+的蓝色电致发光。通过空穴注入层/空穴传输层的引入增强了T Tm3+的蓝色电致发光。此外,通过共溅射的方法制备了 ZnO:Dy黄色电致发光器件,获得了 Dy3+的黄色电致发光。最后,通过共溅射和分层生长相结合的方法制备了 ZnO:Dy/Tm电致发光器件,通过Tm3+→Dy3+的能量传递提高了 Dy3+的电致发光。在ZnO:0.6 mol%Dy电致发光器件中引入2 mol%Tm,将器件的的CIE坐标由(0.45,0.48)调节成了(0.43,0.44),发光向白光方向移动。