技術領域

本發明涉及半導體發光材料領域，特別涉及一種發光顏色可調的半導體發光材料。

背景技術

在當前全球能源短缺的背景下，節約能源是我們未來面臨的重要的問題，在照明領域，半導體發光材料作為一種新型的綠色光源產品，具有壽命長、尺寸小、環保、節能、光電轉換效率高等優點，必然是未來發展的趨勢，二十一世紀將進入以半導體照明為代表的新型照明光源時代。

半導體發光材料主要包括未摻雜的半導體發光材料和摻雜的半導體發光材料。ZnO是一種寬帶隙(室溫下3.37eV)?Ⅱ-Ⅵ族化合物半導體，相對于帶隙同樣很高的氮化鎵，氧化鋅具有更大的激子結合能（室溫下約60?meV），因而發光亮度更高，因此常用來制造激光二極管和發光二極管。另外，在ZnO中摻入雜質元素能有效地調節其發光性能，使其發光范圍覆蓋紅光到紫外，有望開發出紫外、藍光和綠光等多種器件。由于這些特性，ZnO作為半導體照明器件的極佳候選材料引起了人們廣泛的興趣，目前對于純ZnO及摻雜ZnO的制備已有較多方法報道，如磁控濺射、化學氣相沉積、溶膠-凝膠、離子注入等，然而由于半導體自身的自純化效應，摻雜離子更容易趨于表面分布，導致很難實現有效摻雜。因此目前所采用的制備方法要么設備成本較高，操作復雜，要么摻雜效率低，并且制備出來的發光材料發光顏色單一。這就要求我們尋求一種制備方法簡單，成本低廉且摻雜效率高的新型發光材料。

發明內容

本發明的目的是針對上述存在問題，提供一種發光顏色可調的半導體發光材料及制備方法，該發光材料制備方法簡單、成本低廉、摻雜效率高，并且依據本發明制備的半導體發光材料的發光顏色可調。

本發明的技術方案：?

一種發光顏色可調的半導體發光材料，為摻雜ZnO/純ZnO核殼結構，以摻雜ZnO為內核，純ZnO包覆于摻雜?ZnO核的表面形成殼層，在純ZnO殼層中包含有由于自純化效應自內核擴散至殼層的摻雜離子。

所述摻雜ZnO內核的大小為15?nm，純ZnO殼層的厚度為3-5?nm。

一種所述發光顏色可調的半導體發光材料的制備方法，步驟如下：

1）將鋅源和摻雜源與溶劑混合，超聲溶解30?分鐘，得到鋅源和摻雜源的前驅液；

2）將羥基源與溶劑混合，超聲溶解30?分鐘，得到羥基源的前驅液，在水浴加熱條件下，將上述羥基源的前驅液加入鋅源和摻雜源的前驅液中，磁力攪拌2?小時，制得摻雜的ZnO；

3）將上述摻雜的ZnO在分散于同步驟1相同的溶劑中，超聲分散1小時；

4）將鋅源與同步驟1相同的溶劑混合，超聲溶解30?分鐘，再次制備鋅源的前驅液，將配制的該鋅源的前驅液緩慢加入到步驟3所得的摻雜ZnO溶液中，磁力攪拌10分鐘；?

5）將羥基源與同步驟1相同的溶劑混合，超聲溶解30?分鐘，再次制備羥基源的前驅液，將配制的該羥基源的前驅液緩慢加入到步驟4所得的鋅源與摻雜ZnO的混合溶液中，磁力攪拌10?分鐘，然后將上述混合液于水浴加熱條件下充分反應2小時；

6）將上述反應液中的沉淀物分離，沉淀物分別用去離子水和無水乙醇洗滌，干燥后，即可制得發光顏色可調的半導體發光材料。

所述溶劑為無水乙醇或去離子水。

所述鋅源為乙酸鋅、硝酸鋅或氯化鋅，摻雜源為乙酸銅、硝酸銅或氯化銅；鋅源和摻雜源的總量中鋅源的質量百分比大于95%，余量為摻雜源，鋅源和摻雜源的總量與溶劑的用量比為0.01?-0.05g/ml。

所述羥基源為氫氧化鈉、氫氧化鋰或氫氧化鉀，其中羥基源與溶劑的用量比為0.04?-0.06g/ml。

所述水浴加熱的溫度為70-90?℃；沉淀物的干燥溫度為40-60?℃。

本發明的優點是：該發光顏色可調的半導體發光材料為摻雜ZnO/純ZnO核殼結構，表面純ZnO的包覆克服了摻雜半導體的自純化效應，提高了摻雜效率；另外，實現了純ZnO與摻雜ZnO的結合，豐富了能級分布，可以通過改變激發波長改變材料的發光顏色，實現材料的發光顏色可調；此外這種發光材料采用溶液合成方法制備，工藝簡單、易于操作，且降低了設備成本，易于規模化生產。

附圖說明

圖1為具有核殼結構的ZnO半導體發光材料的結構示意圖。

圖中：1.純ZnO殼?????2.摻雜ZnO核????3.摻雜離子???

4.從摻雜ZnO核中擴散至純ZnO殼層的摻雜離子

圖2為不同波長激發光激發的具有核殼結構的ZnO：Cu/ZnO的熒光發射光譜圖。

圖3為不同波長激發光激發的未摻雜ZnO的熒光發射光譜圖。