專利名稱：有機(jī)量子阱電發(fā)光器件的一種制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在光電平板顯示領(lǐng)域中，制備一種增益平坦的有機(jī)量子阱電發(fā)光器件的一種方法。
有機(jī)電發(fā)光器件與無(wú)機(jī)發(fā)光器件相比，具有原料便宜，材料選擇范圍廣，制作工藝簡(jiǎn)單，發(fā)光亮度高，易于實(shí)現(xiàn)彩色大面積平板顯示，低壓驅(qū)動(dòng)可以和集成電路相匹配，并且與現(xiàn)有半導(dǎo)體工藝相容等特點(diǎn)，能制作在柔性襯底上。有機(jī)顯示器件的研究已在國(guó)際社會(huì)引起廣泛重視，世界各國(guó)著名的研究機(jī)構(gòu)和大公司競(jìng)相投入大量人力物力，以期在這一新興領(lǐng)域占有領(lǐng)先地位。到目前為止，有機(jī)電發(fā)光器件已向產(chǎn)業(yè)化的階段邁進(jìn)。但是，如何進(jìn)一步提高器件的效率和穩(wěn)定性，還一直是人們研究的重要課題。
對(duì)無(wú)機(jī)半導(dǎo)體激光器，量子阱結(jié)構(gòu)是改善器件性能的重要途徑之一。量子阱結(jié)構(gòu)具有降低狀態(tài)密度、提高增益、降低閾值、提高調(diào)制帶寬、改善注入穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)；但量子阱結(jié)構(gòu)物理是在能帶理論上發(fā)展起來(lái)的，能帶理論最基本的要求是材料的長(zhǎng)程有序性。盡管有機(jī)材料不具有長(zhǎng)程有序性，其基本的理論模型還不象無(wú)機(jī)半導(dǎo)體材料那樣清楚，但是考慮到它具有光吸收邊和e指數(shù)的電導(dǎo)率-溫度關(guān)系，所以作為一級(jí)近似人們?nèi)杂媚軒Ю碚撝械囊恍┗靖拍顏?lái)分析問(wèn)題。人們將量子阱結(jié)構(gòu)引入有機(jī)電發(fā)光器件中，以期提高有機(jī)電發(fā)光器件的器件效率，改善器件的發(fā)光性能。
通常的有機(jī)電發(fā)光器件，一般采用雙層結(jié)構(gòu)，即空穴傳輸層/電子傳輸層這種單異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，其中有源區(qū)在電子傳輸層中靠近空穴傳輸層一很窄的范圍內(nèi)。由于在普通的有機(jī)電發(fā)光器件中，空穴是多子，所以在電子傳輸層中不可避免的存在有多余的空穴，沒有參加輻射復(fù)合。而在電子傳輸層中的多余的空穴是引起器件有源區(qū)老化的主要的一種內(nèi)部機(jī)制。
本發(fā)明的目的是為了進(jìn)一步改善有機(jī)電發(fā)光器件性能，盡可能地有效發(fā)揮量子阱結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，避免由其結(jié)構(gòu)本身帶來(lái)的影響器件性能的不利因素，我們利用普通方法制備的量子阱結(jié)構(gòu)是由兩種不同的材料交替生長(zhǎng)而形成的層狀結(jié)構(gòu)，與此不同的是，利用摻雜方法制備的量子阱結(jié)構(gòu)是由兩種不同的材料，一種作為摻雜母體，另一種作摻雜劑，利用有機(jī)高真空分子束多源沉積系統(tǒng)，采用雙源共蒸的方法將摻雜劑交替摻雜在母體中，形成對(duì)于母體材料來(lái)說(shuō)，摻雜層/未摻雜層的交替摻雜結(jié)構(gòu)，其中未摻雜層作量子阱勢(shì)壘層，摻雜層作量子阱的勢(shì)阱層。下面結(jié)合我們制作的有機(jī)量子阱發(fā)光器件加以具體說(shuō)明。
在有機(jī)分子真空沉積系統(tǒng)中，將兩種不同的有機(jī)材料分別置于不同的蒸發(fā)源中，襯底置于兩蒸發(fā)源上方，并且可以自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)。襯底下方有一擋板，蒸發(fā)源還各自有一擋板。這種結(jié)構(gòu)為制備量子阱結(jié)構(gòu)提供了方便。擋上襯底下方的擋板，打開蒸發(fā)源的擋板，通過(guò)對(duì)不同蒸發(fā)源溫度的單獨(dú)控制，控制兩種有機(jī)材料各自的生長(zhǎng)速率。兩種材料的生長(zhǎng)速率比合適之后，打開所有擋板，以實(shí)現(xiàn)摻雜層，即量子阱層的生長(zhǎng)。生長(zhǎng)速率用膜厚控制儀監(jiān)控。
我們制備出了高性能的電致發(fā)光器件，和普通量子阱結(jié)構(gòu)器件相比，利用摻雜方法制備的量子阱結(jié)構(gòu)器件的優(yōu)越性主要有以下幾點(diǎn)1.引入摻雜體系，其本身就會(huì)對(duì)有機(jī)發(fā)光器件的性能大大改善，提高發(fā)光強(qiáng)度和效率，提高穩(wěn)定性等。
2.采用摻雜方法制備量子阱結(jié)構(gòu)。摻雜劑的摻雜濃度很低，在勢(shì)阱和勢(shì)壘的界面處，濃度梯度很小，在很大程度上消除了普通量子阱結(jié)構(gòu)中阱、壘界面處由濃度引起的相互擴(kuò)散，所以大大消除了由界面引起的負(fù)效應(yīng)，提高了發(fā)光效率。
3.有源區(qū)處在摻雜的NPB層，不同于普通有機(jī)發(fā)光器件，有源區(qū)在Alq層。這將降低由于Alq層中多余的空穴對(duì)Alq發(fā)光壽命的影響，進(jìn)而提高器件的壽命。
4.在很大范圍(4V-13.5V)內(nèi)，器件的增益隨電壓的升高而變化得很緩慢。這種特性無(wú)疑會(huì)有利于提高器件的壽命。
5.大大降低了制備工藝的復(fù)雜性。利用摻雜方法，制備量子阱結(jié)構(gòu)和制備普通摻雜結(jié)構(gòu)的點(diǎn)發(fā)光器件相比，其工藝并沒有復(fù)雜化，因此，大大提高了制作器件的成品率。下面我們結(jié)合附圖作進(jìn)一步說(shuō)明。
圖一為所用有機(jī)材料的分子結(jié)構(gòu)

圖1. 8-羥基喹啉鋁(Alq)2.N，N’-bis-(1-naphthl)-N，N’-diphenyl-1，1’-biphenyl-4，4’-diamine(NPB)3. 5，6，11，12-四苯基四苯并(rubrene)圖二為有機(jī)量子阱結(jié)構(gòu)電發(fā)光器件結(jié)構(gòu)圖1.ITO導(dǎo)電玻璃(正電極)2.rubrene摻雜NPB層3.未摻雜NPB4.電子傳輸層Alq5.控穴傳輸層NPB6.LiF/Al(負(fù)電極)圖三為器件的亮度隨電流變化曲線。橫軸表示電流(mA)，縱軸表示光強(qiáng)(cd/m2)。
圖四為器件的增益隨電壓變化曲線。橫坐標(biāo)表示電壓(V)，縱軸表示效率(cd/A)。
如圖2所示的結(jié)構(gòu)中，我們用導(dǎo)電玻璃(ITO)1作正電極，熒光染料5，6，11，12-四苯基四苯并(rubrene)摻雜N，N’-bis-(1-naphthl)-N，N’-diphenyl-1，1’-biphenyl-4，4’-diamine(NPB)2做為阱層，厚度為3nm，未摻雜的(NPB)3做為壘層，厚度為3nm，8-羥基喹啉鋁(Alq)4作電子傳輸層，厚度為30nm，未摻雜的NPB 5作空穴傳輸層，厚度為50nm，LiF/Al疊層結(jié)構(gòu)作負(fù)電極，LiF的厚度為0.5nm，Al的厚度為100nm。其中，rubreneNPB的摻雜比率8％左右。器件結(jié)構(gòu)為雙阱器件ITO/NPB/NPBrubrene/NPB/NPBrubrene/Alq/LiF/Al。
器件最大效率達(dá)5.6cd/A，最大亮度達(dá)40 000cd/m2。在國(guó)際上，有機(jī)量子阱電發(fā)光器件方面，目前處于領(lǐng)先地位。
本發(fā)明適合有機(jī)量子阱結(jié)構(gòu)的電發(fā)光器件方面的制作。凡采用上述方法進(jìn)行的有機(jī)量子阱結(jié)構(gòu)電發(fā)光器件方面的制作都屬于本專利的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種制作有機(jī)量子阱電發(fā)光器件的方法，其特征在于采用摻雜方法制備量子阱結(jié)構(gòu)，對(duì)于摻雜母體來(lái)說(shuō)，摻雜層和未摻雜層交替生長(zhǎng)。并且摻雜母體利用空穴傳輸材料作摻雜母體。
2.按照權(quán)項(xiàng)要求1所述的制作方法，其特征在于量子阱結(jié)構(gòu)采用雙量子阱結(jié)構(gòu)，其中空穴傳輸材料的摻雜層作量子阱層，未摻雜層作勢(shì)壘層。
3.按照權(quán)項(xiàng)要求1所述的量子阱結(jié)構(gòu)，其特征在于量子阱的勢(shì)阱層和勢(shì)壘層厚度均為3nm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制作有機(jī)量子阱結(jié)構(gòu)電發(fā)光器件的方法。我們利用摻雜方法制備量子阱結(jié)構(gòu),并且摻雜母體采用空穴傳輸材料,使這種材料的未摻雜層作勢(shì)壘層,摻雜層作勢(shì)阱層,這種交替的摻雜結(jié)構(gòu)形成量子阱結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)H01L21/00GK1326177SQ0111414
公開日2001年12月12日 申請(qǐng)日期2001年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月26日
發(fā)明者楊開霞, 黃勁松, 劉式墉 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)