專利名稱：一種膠質(zhì)量子點光學(xué)微腔結(jié)構(gòu)及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明專利涉及一種可見光波段的微腔結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體發(fā)光器件結(jié)構(gòu)及其制備方法。
背景技術(shù)：
膠質(zhì)Cdk量子點是一種具有光譜可調(diào)性，光穩(wěn)定以及化學(xué)多功能性的半導(dǎo)體材料。近年來被應(yīng)用在光電子學(xué)領(lǐng)域，如量子激光棒，Cdk/ZnS量子點激光器等。與物理方法生長不同，采用膠體化學(xué)的方法制備的Cdk膠體量子點，其制備方法簡單，成本低，通過控制反應(yīng)時間可改變量子點尺寸、形貌及其光學(xué)性能，將膠質(zhì)Cdk量子點與聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)混合可以使用旋涂的方法，通過改變轉(zhuǎn)速來控制膜厚，從而制備成一系列混合式結(jié)構(gòu)材料。微腔結(jié)構(gòu)作為一種周期性的光學(xué)結(jié)構(gòu)，利用微腔共振腔模式，將量子點嵌入微腔中，可以實現(xiàn)熒光增強；將不同尺寸、形貌的納米材料與微腔結(jié)構(gòu)相結(jié)合，可以實現(xiàn)特定效果的光電器件。我們在研究中發(fā)現(xiàn)，將與PMMA混合的膠質(zhì)Cdk量子點嵌入在上下分布式布拉格反射鏡(DBR)的中間制備成Cdk量子點微腔結(jié)構(gòu)。通過測試微腔結(jié)構(gòu)的光致熒光(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(jié)構(gòu)的7. 5nm, 在微腔中的量子點，由于腔模式的出現(xiàn)，其發(fā)光譜的品質(zhì)因數(shù)增加了 3. 6倍，有明顯的熒光增強的效果。它既可以直接作為光致可見光發(fā)光器件使用，也可以作為電致可見光發(fā)光器件的有源區(qū)材料得到應(yīng)用，如可見光二極管、可見光激光二極管等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是以中國專利分布式布拉格反射器(DBR)為基本結(jié)構(gòu)，在上下DBR 之間嵌入與PMMA混合的Cdk量子點材料，通過設(shè)計上下DBR中心波長與Cdk量子點相匹配，制備可見光波段發(fā)光的微腔結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下
本發(fā)明是一種具有熒光增強效果的膠質(zhì)量子點光學(xué)微腔結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征是 以Ti02/Si02為周期結(jié)構(gòu)組成上下分布式布拉格反射鏡(DBR)，在下DBR表面采用旋涂的方法，旋涂分散在聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)中的Cdk量子點，采用離子束濺射沉積方法制備上DBR，制備完成由上下DBR及中間Cdk量子點組成的微腔結(jié)構(gòu)。本發(fā)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，具體制造方法如下
(1)Ti02/Si02周期性分布式下布拉格反射鏡制造；
(2)旋涂法制備膠質(zhì)Cdk量子點薄膜；
(3)再利用磁控濺射、電子束蒸發(fā)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量子點旋涂采用較高的速度，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(fā)明是基于微腔結(jié)構(gòu)的共振腔模式可以增強光的發(fā)射，微腔結(jié)構(gòu)的腔模式的發(fā)光波長在從可見光到近紅外波段(400
2000nm)，也可以用其他膠質(zhì)量子點替代CdSe，為CdTe、ZnS、ZnSe, ZnTe, PbS、PbTe, Pbk和SiC中的任一種。本發(fā)明所制成的膠質(zhì)量子點光學(xué)微腔結(jié)構(gòu)既可以作為光致可見光發(fā)光器件使用， 也可以作為電致可見光發(fā)光器件的有源區(qū)材料得到應(yīng)用，可用于可見光發(fā)光二極管、可見
激光二極管。本發(fā)明的有益效果是在室溫條件下能夠測量到可見光發(fā)光，與未加入微腔結(jié)構(gòu)中的量子點發(fā)光相比，在微腔中的量子點發(fā)光品質(zhì)因數(shù)增大數(shù)倍。


圖1是未加入微腔中的Cdk量子點發(fā)光光譜； 圖2是微腔結(jié)構(gòu)中Cdk量子點發(fā)光光譜。
具體實施例方式下面通過實施例對本發(fā)明的技術(shù)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(xué)薄膜，制備分布式布拉格反射器。其中，T^2 /SiO2的各層光學(xué)薄膜的膜厚為λ/4η，其中，λ為設(shè)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，制備的下DBR為17對Ti02/Si&重復(fù)性周期結(jié)構(gòu)。(1)普通玻璃或石英片基底準(zhǔn)備，電子束沉積生長下DBR ；
普通玻璃或石英片由市場購買，經(jīng)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(zhì)Cdk量子點溶液混合，旋涂制備有源層；
將利用化學(xué)合成方法合成的膠質(zhì)Cdk量子點溶液與PMMA按質(zhì)量比為30 1，進行混合， 采用旋涂機調(diào)整轉(zhuǎn)速，將制備的樣品溶液旋涂在下DBR表面上作為有源層，制備的膜厚為 187nm。(3)利用磁控濺射生長MgF2/ZnS薄膜，制備上DBR ；
在有源層表面，采用磁控濺射的方法制備由17層MgF2/ZnS薄膜周期性組成的上DBR， 其各層膜厚參數(shù)與下DBR相同。(4)制備完成的Cdk量子點微腔結(jié)構(gòu)樣品，直接從設(shè)備中取出進行光學(xué)測量。(5)未嵌入在微腔中的Cdk量子點的發(fā)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(fā)光光譜如圖2所示，其半峰寬為Δ λ cav=7. 5nm。這是由于量子點嵌入到微腔結(jié)構(gòu)中，形成共振腔模式，自發(fā)發(fā)光得到增強，使得其半峰寬明顯減小。進一步用品質(zhì)因數(shù) Q =為/ΔΛ ( λ。為發(fā)光光譜的中心波長，Δ λ為半峰寬)來表征量子點的發(fā)光效率，將量子點嵌入到微腔結(jié)構(gòu)中，其發(fā)光品質(zhì)因數(shù)增大了 3. 6倍，達到了熒光增強的效果。
權(quán)利要求
1.一種具有熒光增強效果的膠質(zhì)CcKe量子點微腔結(jié)構(gòu)的制造技術(shù)，其特征是以 Ti02/Si02為周期結(jié)構(gòu)組成上下分布式布拉格反射鏡(DBR)，在下DBR表面采用旋涂的方法， 旋涂分散在聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)中的CcKe量子點，采用離子束濺射沉積方法制備上 DBR，制備完成由上下DBR及中間Cdk量子點組成的微腔結(jié)構(gòu)。
2.該Cdk量子點微腔結(jié)構(gòu)既可以直接作為光致發(fā)光器件使用，也可以作為電致發(fā)光器件的有源區(qū)材料得到應(yīng)用，如發(fā)光二極管、激光二極管等。
3.權(quán)利要求1所述的膠質(zhì)Cdk量子點微腔結(jié)構(gòu)的制造技術(shù)，創(chuàng)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制造；(2)旋涂法制備膠質(zhì)Cdk量子點薄膜；(3)再利用磁控濺射、電子束蒸發(fā)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量子點旋涂采用較高的速度，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(quán)利要求1所述的膠質(zhì)Cdk量子點微腔結(jié)構(gòu)的制造技術(shù)，其特征是基于微腔結(jié)構(gòu)的共振腔模式可以增強光的發(fā)射，微腔結(jié)構(gòu)的腔模式的發(fā)光波長在從可見光到近紅外波段(40(T2000nm)，也可以用其他膠質(zhì)量子點替代CcKe，例如CdTe，ZnS，ZnSe, ZnTe, PbS, PbTe, PbSe 和 SiC 等等。
5.權(quán)利要求1所述的具有強可見光發(fā)光特性的Cdk量子點微腔結(jié)構(gòu)，既可以作為光致可見光發(fā)光器件使用，也可以作為電致可見光發(fā)光器件的有源區(qū)材料得到應(yīng)用，如可見光發(fā)光二極管、可見激光二極管等。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種可見光-近紅外波段的膠質(zhì)CdSe量子點微腔結(jié)構(gòu)及其制備方法，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)，將采用化學(xué)合成制備的CdSe量子點與聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)混合，采用旋涂的方法將其旋涂在DBR上，再在其表面生長MgF2/ZnS周期性薄膜，作為上DBR，從而制備完成CdSe量子點微腔結(jié)構(gòu)。微腔的發(fā)光波長在可見光-近紅外波段，基于微腔的共振模式，可以獲得強的光發(fā)射。它既可以直接作為光致發(fā)光器件使用，也可作為電致發(fā)光器件的有源區(qū)材料得到應(yīng)用，如發(fā)光二極管、激光二極管等。
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(yōu)先權(quán)日2011年6月29日
發(fā)明者吳惠楨, 杜凌霄, 胡煉 申請人:浙江大學(xué)