专利名称：一种基于紫外光激发的白光发射器件及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体发光与显示器件的制备方法，具体地说，是涉及一种基于紫外光激发的白光发射器件及其制备方法，属光电集成技术领域。
背景技术：
白光器件遍布人类生活的各个方面和场所，半导体全固态照明光源被认为是最有发展潜力的照明技术之一，具有庞大的应用市场。硅是最重要的半导体材料，高效的硅基发光器件在光电集成和光纤通信中有重要应用，以硅为材料实现白光具有更大的实用价值。 但是单晶硅是间接带隙半导体材料，大部分的光生载流子的复合不是以发光的形式辐射， 而是变成热损失掉。多孔硅的发现弥补了单晶硅不能有效发光的缺点，预示了利用硅材料制备发光器件，实现白光照明，进而实现全硅基光电子集成的美好前景。利用半导体技术进入照明领域的先决条件是实现白光，通常有两种方法一是利用三基色发光二极管混合成白光，二是利用蓝、紫色发光二极管作为激发光源，通过荧光粉转换实现白光。第一种方法中三个发光二极管的效率、光功率随注入电流、温度、时间等参数不同步变化，因此要求使用不同的驱动电压和设计复杂的控制电路。第二种方法的发光色彩稳定，重现力强，显色指数较高，但光转换效率和热稳定性能优良的荧光体，特别是可被蓝、紫光有效激发的高效荧光体极其缺少。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足之处，提供一种基于紫外光激发的白光发射器件及其制备方法。本发明利用多孔硅和氮化铝构成多层膜器件，在紫外光激发下，多孔硅发出的橙红光透过氮化铝薄膜，并与氮化铝发出的蓝绿光相叠加，利用红绿蓝三基色叠加的原理获得白光。本发明是以如下技术方案实现的一种基于紫外光激发的白光发射器件及其制备方法，其特征是该制备方法包括如下步骤步骤一，清洗硅片；步骤二，在清洗后的硅片上制备多孔硅；步骤三，在多孔硅上沉积氮化铝薄膜；步骤四，用紫外光照射氮化铝薄膜，得到在可见光区发光的白光发射器件。步骤一中，所述硅片清洗方法是将单面抛光的硅片依次放入丙酮和无水乙醇中进行超声清洗，然后用去离子水冲洗。步骤二中，所述多孔硅的制备方法可以是以下方法中的任意一种电化学腐蚀法， 化学腐蚀法，光化学腐蚀法，火花腐蚀法，水热腐蚀法，脉冲腐蚀法。步骤二中，所述多孔硅的孔径为5nm 3000nm，孔的长度为IOOOnm 50000nm。步骤三中，所述沉积氮化铝薄膜的方法可以是以下方法中的任意一种化学气相沉积法，磁控溅射法，分子束外延法，金属有机化学气相沉积法，脉冲激光沉积法。
步骤三中，所述沉积氮化铝薄膜厚度为IOOnm 500nm。步骤四中，所述紫外光的波长范围为200nm 350nm。与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果(1)器件结构简单，无污染，制备成本低；(2)不需要荧光粉，发光效率高；(3)发光性能稳定，光谱波长范围大。
具体实施例方式下面对本发明的实施例作详细说明本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。实施例1、步骤一，清洗硅片，将单面抛光的ρ型硅片放入IOOml丙酮溶液中，超声清洗 lOmin，然后再放入IOOml无水乙醇溶液中，超声清洗lOmin，最后用去离子水冲洗，氮气吹干。步骤二，利用电化学腐蚀方法在清洗后的硅片上制备多孔硅，电解液为49%的氢氟酸和无水乙醇以11体积比混合。采用直流稳压稳流电源控制腐蚀过程中的电流密度为20mA/cm2，腐蚀时间为20min，反应结束后，用大量去离子水冲洗，氮气吹干，得到多孔硅样品的孔径为lOOOnm，孔的长度为lOOOOnm。步骤三，利用脉冲激光沉积方法在多孔硅上沉积氮化铝薄膜，使用波长为248nm 的氟化氪准分子激光器，聚焦在氮化铝陶瓷靶材上，激光脉冲能量为250mJ，重复频率5Hz， 源基距是5cm，真空室背底真空优于10_6Pa，氮化铝的生长温度为500°C。沉积IOmin后，氮化铝薄膜的厚度为200nm。步骤四，用波长为220nm的紫外光照射氮化铝薄膜表面，得到波长450nm 700nm 的白光发射器件。实施例2、步骤一，清洗硅片，将单面抛光的η型硅片放入IOOml丙酮溶液中，超声清洗 lOmin，然后再放入IOOml无水乙醇溶液中，超声清洗lOmin，最后用去离子水冲洗，氮气吹干。步骤二，利用化学腐蚀方法在清洗后的硅片上制备多孔硅，腐蚀液为氢氟酸、硝酸和水的混合液，其体积比为1 3 5。先将硅片在未稀释的氢氟酸、硝酸溶液中反应，然后加入去离子水使反应缓和。反应进行30min后，用大量去离子水冲洗，氮气吹干，得到多孔硅样品的孔径为lOOnm，孔的长度为2000nm。步骤三，利用射频磁控溅射方法在多孔硅上沉积氮化铝薄膜，采用高纯氩气和氮气，靶材为4英寸高纯度铝靶，反应室背底真空优于10_6Pa，源基距为5cm。溅射条件为气氛压强0.5Pa，溅射功率150W，氮气与氩气的比例为4 6，沉积温度为300°C。反应溅射前，用氩气对铝靶预溅射15min，去除靶表面的吸附物。溅射IOOmin后，氮化铝薄膜的厚度为 400nm。步骤四，用波长为250nm的紫外光照射氮化铝薄膜表面，得到波长450nm 650nm 的白光发射器件。实施例3、步骤一，清洗硅片，将单面抛光的ρ型硅片放入IOOml丙酮溶液中，超声清洗lOmin，然后再放入IOOml无水乙醇溶液中，超声清洗lOmin，最后用去离子水冲洗，氮气吹干。步骤二，利用水热腐蚀方法在清洗后的硅片上制备多孔硅，腐蚀液为0. lmol/L的氟化锂和3mol/L的硝酸混合液，以1 1体积比混合。将200ml上述溶液倒入装有硅片的聚四氟乙烯反应釜，密封后升温至200°C，反应120min得到多孔硅样品的孔径为50nm，孔的长度为lOOOnm。步骤三，利用脉冲激光沉积方法在多孔硅上沉积氮化铝薄膜，使用波长为248nm 的氟化氪准分子激光器，聚焦在氮化铝陶瓷靶材上，激光脉冲能量为250mJ，重复频率 10Hz，源基距是5cm，真空室背底真空优于10_6Pa，氮化铝的生长温度为300°C。沉积15min 后，氮化铝薄膜的厚度为300nm。步骤四，用波长为220nm的紫外光照射氮化铝薄膜表面，得到波长450nm 700nm 的白光发射器件。
权利要求
1.一种基于紫外光激发的白光发射器件及其制备方法，其特征是该制备方法包括如下步骤步骤一，清洗硅片；步骤二，在清洗后的硅片上制备多孔硅；步骤三，在多孔硅上沉积氮化铝薄膜；步骤四，用紫外光照射氮化铝薄膜，得到在可见光区发光的白光发射器件。
2.根据权利要求1所述的基于紫外光激发的白光发射器件及其制备方法，其特征是 步骤一中，所述硅片清洗方法是将单面抛光的硅片依次放入丙酮和无水乙醇中进行超声清洗，然后用去离子水冲洗。
3.根据权利要求1所述的基于紫外光激发的白光发射器件及其制备方法，其特征是 步骤二中，所述多孔硅的制备方法可以是以下方法中的任意一种电化学腐蚀法，化学腐蚀法，光化学腐蚀法，火花腐蚀法，水热腐蚀法，脉冲腐蚀法。
4.根据权利要求1所述的基于紫外光激发的白光发射器件及其制备方法，其特征是 步骤二中，所述多孔硅的孔径为5nm 3000nm，孔的长度为IOOOnm 50000nm。
5.根据权利要求1所述的基于紫外光激发的白光发射器件及其制备方法，其特征是 步骤三中，所述沉积氮化铝薄膜的方法可以是以下方法中的任意一种化学气相沉积法，磁控溅射法，分子束外延法，金属有机化学气相沉积法，脉冲激光沉积法。
6.根据权利要求1所述的基于紫外光激发的白光发射器件及其制备方法，其特征是 步骤三中，所述沉积氮化铝薄膜厚度为IOOnm 500nm。
7.根据权利要求1所述的基于紫外光激发的白光发射器件及其制备方法，其特征是 步骤四中，所述紫外光的波长范围为200nm 350nm。
全文摘要
本发明涉及一种半导体发光与显示器件的制备方法，具体地说，是涉及一种基于紫外光激发的白光发射器件及其制备方法，属光电集成技术领域。该制备方法包括如下步骤清洗硅片、在清洗后的硅片上制备多孔硅、在多孔硅上沉积氮化铝薄膜、用紫外光照射氮化铝薄膜，得到在可见光区发光的白光发射器件。本发明具有如下的有益效果器件结构简单，无污染，制备成本低；不需要荧光粉，发光效率高；发光性能稳定，光谱波长范围宽。
文档编号H01L33/00GK102420274SQ20111032100
公开日2012年4月18日 申请日期2011年10月15日 优先权日2011年10月15日
发明者赵波, 齐红霞 申请人:徐州师范大学