[发明专利]基于等离子体增强效应的核壳结构钙钛矿LED及其制备方法

说明书

本发明属于半导体发光器件技术领域，具体涉及一种基于等离子体增强效应的核壳结构钙钛矿LED及制备方法。其结构由双面抛光的Al₂O₃衬底、n型GaN基板、ZnO纳米线阵列、Au纳米颗粒、MgZnO隔离层、CsPbBr₃发光层、p型NiO空穴提供层和接触电极构成。本发明一方面利用Au纳米颗粒的光吸收与CsPbBr₃的发光波长相吻合的特性实现CsPbBr₃发光层内激子与Au等离子体间的共振增强，提升器件的外量子效率；另一方面利用一维ZnO纳米线阵列作为主轴，实现多层同轴核壳结构的制备，这样可以增强对CsPbBr₃发光层的包覆效果，提升器件的工作稳定性。所制备的钙钛矿LED表现出高的外量子效率和出色的工作稳定性，对钙钛矿LED的效率提升与稳定性增强有重要的意义，有助于推动其实用化进展。

技术领域

本发明属于半导体发光器件技术领域，具体涉及一种基于等离子体增强效应的核壳结构钙钛矿LED及制备方法。

背景技术

金属卤化物钙钛矿材料(perovskite)是指具有与CaTiO₃相同晶体结构的一类半导体材料，其化学通式为ABX₃，目前广泛应用于太阳能电池的钙钛矿材料为CH₃NH₃PbI₃。其实，钙钛矿材料在发光器件中的应用较其光伏应用出现更早。在20世纪90年代，研究人员就曾采用二维结构的钙钛矿材料制备发光器件。但由于无法实现室温下的电致发光，基于钙钛矿材料的LED在很长一段时间里并未受到人们的重视。金属卤化物钙钛矿材料(CH₃NH₃PbX₃，CsPbX₃，X为Cl，Br或I)具有直接带隙、高荧光量子效率、高光学增益系数以及光谱可调谐范围广等优点，是制备高性能可见光发光器件的理想候选材料。近两年来，经过科学家的不懈努力，基于钙钛矿材料的红、绿、蓝光发光二极管(LED)已可成功制备。

然而，目前基于钙钛矿材料的LED研究仅仅处于初期阶段，还有许多关键性的科学和技术问题限制了器件性能的进一步提升，如器件的外量子效率相比于传统的II-VI族量子点LED和OLED仍然较低，器件的长时间稳定性很差等。这些因素严重影响了钙钛矿基LED增强可靠性、走向实用化的步伐。

在已往的钙钛矿LED报道中，人们往往通过提升钙钛矿发光层的荧光效率和表面覆盖率等策略对器件的外量子效率进行提升，尽管效果显著，但器件的外量子效率仍相对较低，通常在2.0％以下(H.Wu,Y.Zhang,X.Y.Zhang,M.Lu,C.Sun,T.Q.Zhang,and W.W.Yu,Adv.Optical Mater.1700377(2017)；J.J.Si,Y.Liu,N.Wang,M.Xu,J.Li,H.P.He,J.P.Wang,and Y.Z.Jin,Nano Res.10,1329(2017))；并且，器件的工作稳定性很差，一般工作几十分钟发光强度就衰减至原来的50％(J.Q.Li,S.G.R.Bade,X.Shan,and Z.B.Yu,Adv.Mater.10,5196(2015))。对钙钛矿LED而言，外量子效率和工作稳定性是衡量其性能优劣的两个最重要的指标，如果能够通过器件结构设计，在单个器件中同时实现器件外量子效率和工作稳定性的提升，无疑具有重要的科学意义和应用前景。

发明内容

本发明的目的在于针对目前钙钛矿LED在外量子效率和工作稳定性上的不足，提出一种基于等离子体增强效应的核壳结构钙钛矿LED及制备方法。