一種膠質量子點光學微腔結構及其製造方法
2023-09-21 21:35:55
專利名稱：一種膠質量子點光學微腔結構及其製造方法
技術領域：
本發明專利涉及一種可見光波段的微腔結構半導體發光器件結構及其製備方法。
背景技術：
膠質Cdk量子點是一種具有光譜可調性，光穩定以及化學多功能性的半導體材料。近年來被應用在光電子學領域，如量子雷射棒，Cdk/ZnS量子點雷射器等。與物理方法生長不同，採用膠體化學的方法製備的Cdk膠體量子點，其製備方法簡單，成本低，通過控制反應時間可改變量子點尺寸、形貌及其光學性能，將膠質Cdk量子點與聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)混合可以使用旋塗的方法，通過改變轉速來控制膜厚，從而製備成一系列混合式結構材料。微腔結構作為一種周期性的光學結構，利用微腔共振腔模式，將量子點嵌入微腔中，可以實現螢光增強；將不同尺寸、形貌的納米材料與微腔結構相結合，可以實現特定效果的光電器件。我們在研究中發現，將與PMMA混合的膠質Cdk量子點嵌入在上下分布式布拉格反射鏡(DBR)的中間製備成Cdk量子點微腔結構。通過測試微腔結構的光致螢光(PL)光譜，其半峰寬(FWHM)由未加入微腔的Cdk量子點樣品的27. 9nm,減小到微腔結構的7. 5nm, 在微腔中的量子點，由於腔模式的出現，其發光譜的品質因數增加了 3. 6倍，有明顯的螢光增強的效果。它既可以直接作為光致可見光發光器件使用，也可以作為電致可見光發光器件的有源區材料得到應用，如可見光二極體、可見光雷射二極體等。
發明內容
本發明的目的是以中國專利分布式布拉格反射器(DBR)為基本結構，在上下DBR 之間嵌入與PMMA混合的Cdk量子點材料，通過設計上下DBR中心波長與Cdk量子點相匹配，製備可見光波段發光的微腔結構。本發明的具體技術方案如下
本發明是一種具有螢光增強效果的膠質量子點光學微腔結構的製造方法，其特徵是 以Ti02/Si02為周期結構組成上下分布式布拉格反射鏡(DBR)，在下DBR表面採用旋塗的方法，旋塗分散在聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)中的Cdk量子點，採用離子束濺射沉積方法製備上DBR，製備完成由上下DBR及中間Cdk量子點組成的微腔結構。本發明是集成了下Ti02/Si02 DBR反射鏡、CcKe量子點薄膜和上MgF2/ZnS或CaF2/ ZnS DBR反射鏡，具體製造方法如下
(1)Ti02/Si02周期性分布式下布拉格反射鏡製造；
(2)旋塗法製備膠質Cdk量子點薄膜；
(3)再利用磁控濺射、電子束蒸發或離子束濺射方法在Cdk量子點薄膜上生長MgF2/ ZnS或CaF2/ZnS周期性分布式上布拉格反射鏡；(4)CdSe量子點旋塗採用較高的速度，厚度為17(Tl90nm ；
(5)Ti02/Si02和MgF2/ZnS薄膜的生長溫度較低，厚度分別為9(Tl00nm，5(T60nm。本發明是基於微腔結構的共振腔模式可以增強光的發射，微腔結構的腔模式的發光波長在從可見光到近紅外波段(400
2000nm)，也可以用其他膠質量子點替代CdSe，為CdTe、ZnS、ZnSe, ZnTe, PbS、PbTe, Pbk和SiC中的任一種。本發明所製成的膠質量子點光學微腔結構既可以作為光致可見光發光器件使用， 也可以作為電致可見光發光器件的有源區材料得到應用，可用於可見光發光二極體、可見
雷射二極體。本發明的有益效果是在室溫條件下能夠測量到可見光發光，與未加入微腔結構中的量子點發光相比，在微腔中的量子點發光品質因數增大數倍。
圖1是未加入微腔中的Cdk量子點發光光譜； 圖2是微腔結構中Cdk量子點發光光譜。
具體實施例方式下面通過實施例對本發明的技術方案作進一步的詳細說明。利用電子束沉積的方法生長Ti02/Si&周期性光學薄膜，製備分布式布拉格反射器。其中，T^2 /SiO2的各層光學薄膜的膜厚為λ/4η，其中，λ為設計的高反帶的中心波長，η為材料的折射率厚度分別為9(Tl00nm，5(T60nm，製備的下DBR為17對Ti02/Si&重複性周期結構。(1)普通玻璃或石英片基底準備，電子束沉積生長下DBR ；
普通玻璃或石英片由市場購買，經過丙酮、無水乙醇、去離子水超聲處理清潔基底表(2)利用PMMA給膠質Cdk量子點溶液混合，旋塗製備有源層；
將利用化學合成方法合成的膠質Cdk量子點溶液與PMMA按質量比為30 1，進行混合， 採用旋塗機調整轉速，將製備的樣品溶液旋塗在下DBR表面上作為有源層，製備的膜厚為 187nm。(3)利用磁控濺射生長MgF2/ZnS薄膜，製備上DBR ；
在有源層表面，採用磁控濺射的方法製備由17層MgF2/ZnS薄膜周期性組成的上DBR， 其各層膜厚參數與下DBR相同。(4)製備完成的Cdk量子點微腔結構樣品，直接從設備中取出進行光學測量。(5)未嵌入在微腔中的Cdk量子點的發光光譜如圖1所示，其半峰寬為Δ λ pl=27. 9nm，將Cdk量子點放入微腔中測得的發光光譜如圖2所示，其半峰寬為Δ λ cav=7. 5nm。這是由於量子點嵌入到微腔結構中，形成共振腔模式，自發發光得到增強，使得其半峰寬明顯減小。進一步用品質因數 Q =為/ΔΛ ( λ。為發光光譜的中心波長，Δ λ為半峰寬)來表徵量子點的發光效率，將量子點嵌入到微腔結構中，其發光品質因數增大了 3. 6倍，達到了螢光增強的效果。
權利要求
1.一種具有螢光增強效果的膠質CcKe量子點微腔結構的製造技術，其特徵是以 Ti02/Si02為周期結構組成上下分布式布拉格反射鏡(DBR)，在下DBR表面採用旋塗的方法， 旋塗分散在聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)中的CcKe量子點，採用離子束濺射沉積方法製備上 DBR，製備完成由上下DBR及中間Cdk量子點組成的微腔結構。
2.該Cdk量子點微腔結構既可以直接作為光致發光器件使用，也可以作為電致發光器件的有源區材料得到應用，如發光二極體、雷射二極體等。
3.權利要求1所述的膠質Cdk量子點微腔結構的製造技術，創新是集成了下TiO2/ SiO2 DBR反射鏡、CdSe量子點薄膜和上MgF2/ZnS或CaF2/&iS DBR反射鏡(1)Ti02/Si02周期性分布式下布拉格反射鏡製造；(2)旋塗法製備膠質Cdk量子點薄膜；(3)再利用磁控濺射、電子束蒸發或離子束濺射方法在Cdk量子點薄膜上生長MgF2/ ZnS或CaF2/ZnS周期性分布式上布拉格反射鏡(4)CdSe量子點旋塗採用較高的速度，厚度為17(Tl90nm ；(5)Ti02/Si02和MgF2/ZnS薄膜的生長溫度較低，厚度分別為9(Tl00nm，5(T60nm。
4.權利要求1所述的膠質Cdk量子點微腔結構的製造技術，其特徵是基於微腔結構的共振腔模式可以增強光的發射，微腔結構的腔模式的發光波長在從可見光到近紅外波段(40(T2000nm)，也可以用其他膠質量子點替代CcKe，例如CdTe，ZnS，ZnSe, ZnTe, PbS, PbTe, PbSe 和 SiC 等等。
5.權利要求1所述的具有強可見光發光特性的Cdk量子點微腔結構，既可以作為光致可見光發光器件使用，也可以作為電致可見光發光器件的有源區材料得到應用，如可見光發光二極體、可見雷射二極體等。
全文摘要
本發明提供了一種可見光-近紅外波段的膠質CdSe量子點微腔結構及其製備方法，它以石英片作為基底，利用電子束沉積方法在基底上生長分布式布拉格反射鏡(DBR)，將採用化學合成製備的CdSe量子點與聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)混合，採用旋塗的方法將其旋塗在DBR上，再在其表面生長MgF2/ZnS周期性薄膜，作為上DBR，從而製備完成CdSe量子點微腔結構。微腔的發光波長在可見光-近紅外波段，基於微腔的共振模式，可以獲得強的光發射。它既可以直接作為光致發光器件使用，也可作為電致發光器件的有源區材料得到應用，如發光二極體、雷射二極體等。
文檔編號H01L51/56GK102280595SQ201110178629
公開日2011年12月14日 申請日期2011年6月29日 優先權日2011年6月29日
發明者吳惠楨, 杜凌霄, 胡煉 申請人:浙江大學