[发明专利]基于能量转移机制的量子点发光二极管的制备方法

摘要

本发明涉及一种新型量子点发光二极管的制备，尤其涉及一种基于能量转移机制实现快荧光辐射的量子点发光二极管的制备方法，属于可见光通信、照明技术领域。本发明采用蓝光GaN发光芯片作为激发光源，将其制作成沟槽结构，再将胶体量子点荧光粉作为发光材料沉积在沟槽中，使量子阱与量子点发生侧壁耦合，二者发生高效的能量转移，制备出快荧光辐射的白光LED。本发明所制备的白光LED可通过红、绿、蓝三色匹配法实现白色发光，也可通过蓝光与红光补偿发出白光。所采用的非辐射能量转移的发光方法制备荧光LED的设计，可以消除传统的吸收再复合过程中产生的能量损失，加快荧光辐射的弛豫时间，其弛豫时间比传统的吸收再复合机制加快10至100倍。

主权项

1.一种基于能量转移机制的量子点发光二极管的制备方法，其特征在于：所设计的荧光LED结构包括蓝宝石衬底(1)、量子点荧光粉(3)、p型阳极触点(5)和n型阴极触点(8)，选取InGaN/GaN量子阱作为蓝光激发基片，其结构包括p型GaN(2)、中性GaN层(4)、InGaN量子阱(6)和n型GaN(7)；采用蓝光GaN发光芯片作为激发光源，将其制作成沟槽结构，再将胶体量子点荧光粉作为发光材料沉积在沟槽中，使量子阱与量子点发生侧壁耦合，二者发生高效的能量转移，制备出快荧光辐射的白光LED，具体制备步骤如下：第一步、制备量子点荧光粉；第二步、选取InGaN/GaN量子阱作为蓝光激发基片，采用金属有机化学气相法，将蓝光InGaN/GaN量子阱结构沉积生长在蓝宝石衬底(1)上，并制备相应InGaN/GaN量子阱LED；第三步、将蓝光量子阱结构制作成圆柱形的微孔，每个孔通过p‑n同质结配置成沟槽结构；第四步、利用蘸取笔DPN技术，将原子力显微镜CSPM5000的探针用乙醇清洗再干燥后，作为蘸笔；量子点作为“墨水”，利用光学显微镜，将量子点荧光粉涂抹在量子阱的柱形微孔中，然后在量子阱LED的n型层上旋涂单层量子点；第五步、通过电子束蒸镀法，沉积p型触点和n型触点，并将其形成欧姆接触，完成量子点荧光粉白光LED器件的制备；第一步中，所述制备量子点荧光粉：制备红光CdSe量子点荧光粉，其发射光谱的峰值波长为620nm，将0.25g的醋酸镉与20g的三辛基氧膦的前驱体混合在油酸与10mL十八烷烯的混合溶液中，在惰性气体氩气的气氛下除水除氧20分钟，之后加热至310℃，注入0.4g Se粉和10mL TOPO混合溶液，并用甲醇反复沉淀从过量配体中分离，最后使用丙酮与甲醇沉淀和净化量子点，并将其溶解在浓度10mg/ml的甲苯溶液中；第二步中，选用InGaN/GaN蓝光量子阱发光芯片作为激发光源，发光峰值波长是490nm，InGaN/GaN量子阱发光芯片的结构包括：中性GaN层、n型GaN(Si)层、InGaN QW层、以及一层P型GaN(Mg)覆盖层，将三甲基镓、三甲基铟、双镁即环戊二烯基、氮气环境下200ppm的硅烷和氨应用在氢气和氮气中生成2‑3μm厚Mg掺杂的p型GaN层，3nm厚的InGaN量子阱和3nm厚的Si掺杂n型GaN层，在型号D125的反应器内，采用金属有机化学气相法，将InGaN/GaN量子阱沉积生长在蓝宝石衬底上，制备出相应量子阱发光芯片；其中，通过原位反射率监测来确定发光芯片各层的生长厚度，生长温度通过两个红外高温计进行监控；第三步中，所述微孔由p型GaN层延伸到n型GaN层，使用SF6气体反应离子刻蚀法RIE进行蚀刻，深度为0.5μm；第四步中，所述旋涂单层量子点的旋转速度和加速度分别为3000转和300转/秒；第五步中，将100nmPd/Au层和20nm/40nm/10nm/100nm Ti/Al/Ti/Ni金属层通过电子束蒸发沉积的方法形成p型阳极触点和n型阴极接触，阳极和阴极触点都通过快速热退火的方法在1000℃中退火2分钟，形成欧姆接触。