一种量子点发光二极管器件及其制备方法与流程

本发明涉及量子点技术领域，尤其涉及一种量子点发光二极管器件及其制备方法。

背景技术：

基于无机纳米晶的量子点发光材料具有出射光颜色饱和，波长可调，光致、电致发光量子产率高等适合高性能显示器件的优点；从制备工艺角度来看，量子点发光材料适用于非真空条件下的旋涂、印刷、打印设备；因此，以量子点薄膜制备的量子点发光二极管（QLED）成为下一代显示技术的有力竞争者。

一个QLED器件通常包括电极1，空穴注入、空穴传输层，发光层，电子传输、电子注入层和电极2。根据电极1和电极2的相对位置，即背电极和顶电极，QLED的结构可以分为正型和反型器件两种，这仅仅是针对制作过程的分类，与发光出射方向无关。空穴注入和空穴传输层用于从外电路向发光层提供可迁移空穴，电子传输层用于提供可迁移电子。电子-空穴在量子点中形成激子，激子通过辐射复合输出光子。

如上所述的传统的层状结构结合量子点材料的成膜特点至少有以下缺陷：（1）在平面结构下，因为载流子传输层和发光材料之间的接触面积所限，大部分载流子不能直接注入量子点材料，而需要须要在量子点之间迁移，导致载流子注入发光层的效率较低；（2）由于量子点之间有配体阻隔，载流子在量子点之间以非常低的迁移率进行传输，大大降低激子形成率；（3）激子形成后，量子点之间有使激子解离的效果，从而降低发光效率；（4）载流子注入、传输不平衡导致形成大量激子-载流子的三体结构淬灭激子；（5）平面结构会导致较低的发光外耦合效率，即较低的光出射效率。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现要素：

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种量子点发光二极管器件及其制备方法，旨在解决现有的量子点器件中由于发光层的与载流子传输层的接触面积有限，导致量子点器件的发光效率低的问题。

本发明的技术方案如下：

一种量子点发光二极管器件，依次包括衬底、底电极、空穴注入层、空穴传输层、量子点发光层、电子传输层、电子注入层以及顶电极，其中，所述量子点发光层至少有一面设置有成周期排布的多个凹槽。

较佳地，所述的量子点发光二极管器件，其中，所述每个凹槽为长条形凹槽，且所述长条形凹槽间隔设置。

较佳地，所述的量子点发光二极管器件，其中，所述凹槽交错排布在量子点发光层表面。

较佳地，所述的量子点发光二极管器件，其中，所述凹槽为长方形、圆形、椭圆形、菱形、三角形、五角星形中的一种。

较佳地，所述的量子点发光二极管器件，其中，所述量子点发光层的材料为II-VI族化合物、III-V族化合物、II-V族化合物、III-VI化合物、IV-VI族化合物、I-III-VI族化合物、II-IV-VI族化合物或IV族单质中的一种或多种。

较佳地，所述的量子点发光二极管器件，其中，所述化合物包括二元化合物、三元化合物以及四元化合物。

较佳地，所述的量子点发光二极管器件，其中，所述量子点发光层的厚度为10-100nm。

较佳地，所述的量子点发光二极管器件，其中，所述量子点发光层的厚度大于所述凹槽的深度。

较佳地，所述的量子点发光二极管器件，其中，所述空穴传输层和电子传输层的厚度均为5-100nm。

一种量子点发光二极管器件的制备方法，其中，包括步骤：

A、先在含有底电极的衬底沉积空穴注入层；

B、在空穴注入层表面沉积空穴传输层；

C、在空穴传输层表面沉积量子点发光层，其中，在所述量子点发光层至少一面制作出成周期排布的多个凹槽;

D、在量子点发光层表面沉积电子传输层;

E、在电子传输层;表面沉积电子注入层

F、在电子注入层表面制作顶电极。

有益效果：本发明通过在量子点发光层至少一面设置成周期排布的多个凹槽，增加载流子传输层与量子点发光层材料之间的接触面积，从而提高载流子注入量子点发光层的效率；还可减少载流子在量子点之间传输的阻隔，使更多的激子可通过载流子直接注入或较短的量子点之间迁移形成；还具有降低量子点之间解离激子的作用；还可减少因载流子注入、传输不平衡导致形成大量激子-载流子的三体结构，减少激子猝灭；同时还可利用光栅耦合原理，增加二极管的光耦合以及光出射效率。

附图说明

图1为本发明一种量子点发光二极管器件较佳实施例的第一结构示意图。

图2为本发明一种量子点发光二极管器件较佳实施例的第二结构示意图。

图3为本发明一种量子点发光二极管器件中量子点发光层第一结构示意图。

图4为本发明一种量子点发光层二极管器件中量子点发光层第二结构示意图。

具体实施方式

本发明提供一种量子点发光二极管器件及其制备方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，图1为本发明一种量子点发光二极管器件较佳实施例的结构示意图，如图所示，本发明实施例以正型量子点发光二极管器件为例，所述器件从下至上依次包括衬底10、底电极20、空穴注入层30、空穴传输层40、量子点发光层50、电子传输层60、电子注入层70以及顶电极80，其中，所述量子点发光层50至少有一面设置有成周期排布的多个凹槽51。

具体地，如图1所示，当所述量子点发光层50只有一面设置有周期排布的凹槽51时，此时与所述凹槽直接接触的载流子可从多个方向注入到量子点发光层，所述载流子可以为电子或空穴，由于所述凹槽51呈周期排布，周期结构可形成光栅，当柵格尺寸和材料的光学常数满足散射条件时，光栅会在发光层内形成散射光，将本来处于出射椎体之外的光波波矢推移到发射椎体之内，从而增强量子点发光层的发光效率。

较佳地，所述量子点发光层可两面均设置周期排布的凹槽51，如图2所示，此时电子和空穴均可直接与凹槽接触，且均可从多个方向注入到量子点发光层中，并且通过两面均设置凹槽可有效增加载流子与量子点发光层的接触面积，从而提高量子点发光层的发光效率。

进一步，在本发明中，如图3所示，所述每个凹槽为长条形凹槽，且所述长条形凹槽间隔设置，较佳地，相邻两个长条形凹槽之间相隔一个长条形凹槽的宽度，也就是说所述长条形凹槽与量子点发光层中未挖槽的凸起交替排布；

进一步，所述量子点发光层的厚度为10-100nm，且所述量子点发光层的厚度大于所述凹槽的深度，较佳地，所述量子点发光层的厚度可设置为30nm，所述凹槽的深度可设置为20nm，通过这种设置可使载流子与量子点发光层充分接触，有效提高载流子注入量子点发光层的效率；同时所述凹槽的深度小于所述量子点发光层的厚度，可避免电子传输层与空穴传输层直接接触，从而防止激子的生成量变少，降低量子点发光二极管器件的发光效率。

进一步，在本发明中，所述空穴传输层和电子传输层的厚度均为5-100nm，优选地，在本发明提供的量子点发光二极管器件中，所述空穴传输层40的厚度设置为30nm，所述电子传输层60的厚度设置为30nm，在该厚度值时，所述空穴传输层40和电子传输层60的导电性能最佳，所需驱动电压较低，使得器件的发光亮度和发光效率都有较大提升。

进一步，在本发明中，所述凹槽交错排布在量子点发光层表面，如图4所示，所述量子点发光层表面类似棋盘一样，所述凹槽在横向和竖向均与未挖槽的凸起交替排布；这种排列方法，使得凹槽在横向和竖向两个方向同时出现重复的周期结构，即二维周期结构，在这种结构形成的光栅可以在不同方向将本来处于出射椎体之外的光波波矢推移到发射椎体之内，从而有效提高光的出射效率；优选地，所述凹槽为长方形、圆形、椭圆形、菱形、三角形、五角星形中的一种。

进一步，在本发明中，所述量子点发光层的材料为II-VI族化合物、III-V族化合物、II-V族化合物、III-VI化合物、IV-VI族化合物、I-III-VI族化合物、II-IV-VI族化合物或IV族单质中的一种或多种；所述化合物包括二元化合物、三元化合物以及四元化合物。

具体地，所述量子点发光层使用的半导体材料包括但不限于II-VI半导体的纳米晶，比如CdS、CdSe、CdTe、ZnS、ZnSe、ZnTe、HgS、HgSe、HgTe、PbS、PbSe、PbTe和其他二元、三元、四元的II-VI化合物；III-V族半导体的纳米晶，比如GaP、GaAs、InP、InAs和其他二元、三元、四元的III-V化合物；所述的用于电致发光的半导体材料还不限于II-V族化合物、III-VI化合物、IV-VI族化合物、I-III-VI族化合物、II-IV-VI族化合物、IV族单质等。

基于上述量子点发光二极管器件，本发明还提供一种量子点发光二极管器件的制备方法，其中，包括步骤：

S1、先在含有底电极的衬底沉积空穴注入层；

S2、在空穴注入层表面沉积空穴传输层；

S3、在空穴传输层表面沉积量子点发光层，其中，在所述量子点发光层至少一面制作出成周期排布的多个凹槽;

S4、在量子点发光层表面沉积电子传输层;

S5、在电子传输层;表面沉积电子注入层

S6、在电子注入层表面制作顶电极。

具体地，在所述步骤S3中，在制备量子点发光层时，当沉积量子点发光层材料薄膜后，利用光刻、离子刻蚀或湿法刻蚀的方法在量子点发光层薄膜上制作出成周期排布的凹槽；更具体地步骤可分为：待量子点发光层成膜后，依次通过加蒙版、涂光刻胶、曝光、清洗、刻蚀以及涂布等步骤制备出所述成周期排布的凹槽。

下面通过具体例子对本发明进行详细的说明：

实施例1

在一个量子点发光二极管器件中，玻璃基底，120nmITO；空穴传输层厚度为30nm，量子点发光层其中一面上设置有成周期排布的长条形凹槽，所述量子点发光层厚度为20nm，所述量子点发光层的材料含有一个中间核，材料为CdSe、核外层有壳层材料为ZnS；所述电子传输层的厚度为30nm，电极是Al。

实施例2

在一个量子点发光二极管器件中，玻璃基底，120nmITO；空穴传输层厚度为30nm，量子点发光层其中一面上设置有成周期排布的长条形凹槽，所述量子点发光层厚度为40nm，所述量子点发光层的材料为可以包含CdSe、CdS、ZnS、ZnSe的合金体；所述电子传输层的厚度为30nm，电极是Al。

实施例3

在一个量子点发光二极管器件中，玻璃基底，120nmITO；空穴传输层厚度为100nm，量子点发光层其中一面上设置有成周期排布的长条形凹槽，所述量子点发光层厚度为60nm，所述量子点发光层的材料为InP；所述电子传输层的厚度为100nm，电极是Al。

综上所述，本发明提供一种量子点发光二极管器件及其制备方法，通过在量子点发光层至少一面设置成周期排布的多个凹槽，增加载流子传输层与量子点发光层材料之间的接触面积，从而提高载流子注入量子点发光层的效率；还可减少载流子在量子点之间传输的阻隔，使更多的激子可通过载流子直接注入或较短的量子点之间迁移形成；还具有降低量子点之间解离激子的作用；还可减少因载流子注入、传输不平衡导致形成大量激子-载流子的三体结构，减少激子猝灭；同时还可利用光栅耦合原理，增加二极管的光耦合以及光出射效率。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。