[发明专利]一种法布里-珀罗微腔发光二极管及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种法布里‑珀罗微腔发光二极管，包括依次层叠设置的硅衬底、铬金属粘附层、高反射率金层、空穴传输层、界面修饰层、叔丁基‑铯铅溴钙钛矿发光层、电子传输层、半透明金层。本发明通过在硅基钙钛矿LED器件中设计同时具备电极和法布里‑珀罗微腔的器件结构，并优化各功能层厚度，降低了钙钛矿发光层的电致荧光波导模式损失，在多次反射后实现出光耦合增强，最终提高片上钙钛矿LED的外量子效率。

技术领域

本发明涉及二极管领域，具体为一种法布里-珀罗微腔发光二极管及其制备方法和应用。

背景技术

钙钛矿材料是一种具有可溶液加工、低成本、带隙可调、高迁移率的新兴材料。在未来显示、照明、通信领域具有广阔的发展前景。其中，以钙钛矿作为有源层材料的发光二极管，其高外量子荧光效率、器件工艺简单等优点收到广泛的关注。

虽然钙钛矿发光二极管具备多种优异的光电特性，但是由于钙钛矿发光层的折射率与有机界面层的折射率差异较大，在特定角度下会引起全反射，从而在钙钛矿LED器件中诱导产生了光波导模式，使得发光层发出的部分光子在器件内部反复振荡而不能逃逸出器件外部。因此，在传统基于ITO玻璃的钙钛矿LED器件中，超过80％的光子被限制于器件中无法出射，使得钙钛矿LED的光提取效率一般小于20％，较大的波导模式光损失，显著制约了其电致发光外量子效率。

发明内容

本发明为了解决现有技术中存在的缺陷，提供一种光耦合高、波导损失少的法布里-珀罗微腔发光二极管及其制备方法和应用。

本发明首先提供一种法布里-珀罗微腔发光二极管，包括依次层叠设置的硅/二氧化硅衬底层、铬金属粘附层、高反射率金层、Poly-TPD空穴传输层、PVK界面修饰层、叔丁基-铯铅溴钙钛矿发光层、TPBi电子传输层、半透明金层。

本发明还提供如下优化方案：

优选的，所述铬金属粘附层的厚度为10nm；

优选的，所述高反射率金层的厚度为150nm；

优选的，所述空穴传输层的制备是Poly-TPD溶液以2000转/分钟的速度旋涂在S3处理后的硅基/金衬底上，旋涂时间为30秒,并在氮气手套箱中120℃烘烤20分钟；所述Poly-TPD为4-丁基-N,N-二苯基苯胺均聚物。

优选的，所述界面修饰层，PVK溶液以2500转/分钟的速度旋涂在S4处理后的衬底上，旋涂时间为30秒,并在氮气手套箱中110℃烘烤15分钟；所述PVK为聚(9-乙烯咔唑)；

优选的，所述叔丁基-铯铅溴钙钛矿发光层，叔丁基-铯铅溴钙钛矿前驱体溶液以2500转/分钟的速度旋转在经S5处理后的基底上，旋涂时间为45秒，并在85℃的衬底上退火25分钟；

优选的，所述TPBi电子传输层为TPBi和LiF；TPBi的厚度为30nm，LiF层厚度为2nm；所述TPBi为1,3,5-三(1-苯基-1H-苯并咪唑-2-基)苯；LiF为氟化锂。

优选的，所述半透明金层厚度为20nm。

本发明还提供一种上述的法布里-珀罗微腔发光二极管的制备方法，包括如下步骤：

S1提供硅晶圆片，在硅晶圆片上通过硅热氧化工艺制备300nm厚度的SiO₂层；

S2制备铬金属粘附层，使用电子束蒸发镀膜系统和掩膜版，对硅基的指定区域衬底镀10nm厚的铬金属粘附层；

S3制备高反射率金层，使用电子束蒸发镀膜系统和掩膜版，对S2处理后的指定区域衬底镀150nm厚的高反射率金层；

S4制备空穴传输层，使用Poly-TPD在S3处理后的衬底上旋涂，并在手套箱内120℃烘烤20分钟；