一种基于铒掺杂的氧化钽薄膜电致发光器件及其制备方法

1.本发明涉及光电子技术领域，具体涉及一种基于er掺杂ta2o5薄膜的电致发光器件及其制备方法。


背景技术：

2.由于电信号在芯片逐渐缩小的沟道尺寸下面临着隧穿效应、信号串扰等难题，因而带宽更大、传输速率更快、抗电磁干扰更强的光通信技术是将来最理想的通信方案。在光通信系统中，波导(ieee photonics technologyletters,2004,16:1328-1330.)、调制解调器(nature,2004,427:615-618.) 和探测器(applied physics letters,2006,89.)等均已实现，只有光源特别是硅基光源一直没有较好的解决方案。受石英光纤材料限制，长距离光通信所采用的波段往往是损耗最低的1540nm波段，而稀土铒离子(er
3+
) 内层4f电子跃迁的发光波长～1540nm，与上述最小损耗窗口相匹配，因而基于掺铒的半导体发光器件被大家寄予厚望。目前商业化使用的1540 nm光源主要是通过外部激光器使含er材料光致发光来实现的，如图9所示，图9(a)为外置光源方案，图9(b)为硅基电致光源方案。外置光源方案是使用外置激光器使含er材料光致发光，再通过波导耦合到芯片上作为输入光源。外置光源方案需要进行外部光源和芯片上波导间的耦合，工艺复杂且损耗较大，成本很高，而且外部激光器体积较大(尺寸往往有几十厘米甚至更大)并不能集成到只有几厘米大的芯片上。而硅基电致光源体积小，可以与芯片集成，并且是通过更简便的电驱动的，因此实现电致发光的硅基光源具有重要意义。
3.目前在zno基体中掺er(applied physics letters,2005,87；appliedphysics letters,2013,102.)、tio2基体中掺er(chemistry of materials,2003, 15:1256-1263；applied physics letters,2009,94.)等的光致发光薄膜和电致发光器件都有报道。薄膜的光致发光只需要保证er
3+
离子具有光学活性，使用合适波长的激光激发这些er
3+
离子就可以得到相关光致发光。而电致发光器件的实现除了需要er
3+
离子有好的光学活性，还要求基体材料本身光电性质优秀、器件在电注入下能有效激活er
3+
离子。前文所述的zno和 tio2基体中掺er电致发光器件是传统的异质结型结构，直接在硅衬底上沉积含铒的氧化物薄膜，器件导电机制类似理想p-n结；激活er
3+
离子的方式是通过电注入产生的非平衡载流子复合过程释放能量，基体把能量传递给er
3+
离子实现的。而且zno与tio2物相比较简单，容易控制使其薄膜中只存在一个物相，这也使其电致发光器件比较容易实现。但是基于掺铒的zno与tio2薄膜的电致发光器件强度仍较低(journal of appliedphysics,2020,127；acta physica sinica,2019,68)，距离实用还有较大差距，因此人们也在寻求其他基体材料。
4.ta2o5也是一种宽禁带半导体材料，光电性质优异。掺er的ta2o5薄膜的光致发光早在1995年便有研究关注(applied physics letters,1995,67: 3423-3425)，但相关器件的电致发光却一直没有突破，这是由于ta2o5薄膜中物相比较复杂导致的。如图7所示，ta2o5薄膜是以δ-ta2o5为主体，主体内部含有许多结晶性较差的β-ta2o5纳米颗粒构成的。这种两相
混杂的结构导致薄膜中存在非常多非辐射缺陷，在传统的异质结型电致发光器件中，这些非辐射缺陷是更有效的复合中心，使能量通过晶格振动耗散掉而不能激活er
3+
离子，无法实现基于掺er的ta2o5薄膜器件电致发光。


技术实现要素：

5.针对现有技术的不足，本发明所解决的技术问题是提供一种基于er 掺杂ta2o5薄膜的电致发光器件。基于现有技术存在的问题，本发明人提供了一种基于er掺杂ta2o5薄膜的电致发光器件。在研究过程中，发明人意外发现ta2o5薄膜虽然物相复杂，但通过增加一层材料、厚度都适宜的电子加速层，改变了器件的导电机制和er
3+
离子激发方式，成功规避了非辐射缺陷过多带来的阻碍，最终实现基于er掺杂ta2o5薄膜器件的电致发光。
6.本发明首次实现了基于er掺杂ta2o5薄膜的电致发光器件。器件结构比较简单、制造工艺可以和目前cmos工艺兼容，而且器件均为无机材料，其理论寿命将比有机材料更长。器件在正向偏压下(au电极接负， ito电极接正)，观察到了er相关的可见和近红外发光。
7.本发明的技术方案如下：
8.一种基于er掺杂ta2o5薄膜电致发光器件，其特征在于：包括硅衬底，硅衬底正面从上到下依次设有透明电极层、发光层、电子加速层，硅衬底背面设有欧姆接触电极；所述的发光层为基于er掺杂的ta2o5薄膜；所述电子加速层为电子亲和势小于等于3ev的材料且厚度为5～20nm；
9.本发明需要严格控制电子加速层的厚度，如果电子加速层过厚会导致发光器件开启电压过高，过薄则发光器件退化为异质结结构，导电机制不为缺陷辅助隧穿机制，无法产生热电子，不能有效激发er
3+
离子。
10.作为优选，所述发光层的厚度为30～200nm，发光层太厚会增加器件开启电压，也影响出光效率。
11.作为优选，以原子百分比计，所述发光层中稀土铒的掺杂量不大于5 mol％。稀土铒元素的掺杂量不能过高也不能太低，过高容易出现er的偏聚导致浓度猝灭；过低会使薄膜中er有效发光中心密度太低。作为优选， er掺杂量为1～3mol％。本发明中所用er浓度为1.5mol％，如图8所示，这个掺杂浓度下ta2o5薄膜中er的分布是均匀的。
12.所述er掺杂的ta2o5薄膜还可以共掺杂其他元素，共掺杂元素选自 mg、ca、sr、ba、al、ga、ti、zr、hf、nb、zn中的任意一种或多种，共掺杂量不大于10mol％。作为优选，共掺杂元素的量为2～5mol％。
13.作为优选，所述透明电极层为透明的掺锡氧化铟(ito)薄膜。厚度约为60～150nm，过薄容易击穿，过厚会降低透光率。
14.作为优选，所述欧姆接触电极为金(au)薄膜。金电极的厚度为100 ～150nm。金电极过薄容易损坏，过厚会增加器件的成本。
15.作为优选，硅衬底选择电子注入水平更高、电阻率更低的重掺(p或 as)n型《100》硅片为衬底，厚度为600～700微米，电阻率为0.001～0.002 ω
·
cm。
16.作为优选，所述电子加速层为电子亲和势小于等于3ev的材料，电子加速层材料选自mgo、al2o3、sio2等中的任意一种。而且电子加速层厚度需要控制在5～20nm。作为更优选，所属电子加速层厚度为8～14nm。
17.作为优选，所述电子加速层为sio2，其电子亲合势为0.9ev，高于氧化钽～2.85ev，能够给电子提供充足能量。作为优选，本发明中sio2层厚度为8nm。
18.作为优选，er掺杂的ta2o5薄膜(er和其他元素共掺杂的ta2o5薄膜也类似)热处理温度为700～1000℃。
19.本发明还公开了上述电致发光结构器件的制备方法，包括以下步骤：
20.(1)通过热氧化法在硅片表面生成氧化硅作为电子加速层。
21.(2)在电子加速层上通过磁控溅射法沉积er掺杂ta2o5薄膜，再进行热处理。
22.(3)在er掺杂的ta2o5薄膜上沉积ito薄膜。
23.(4)在硅片背面沉积金膜。
24.对基于er和其他元素共掺杂的ta2o5薄膜器件，其制备方法包括以下步骤：
25.(1)在硅片表面生长电子加速层；
26.(2)在电子加速层上生长er和其他元素共掺杂的ta2o5薄膜，再进行热处理；共掺杂元素选自mg、ca、sr、ba、al、ga、ti、zr、hf、nb、 zn中的任意一种或多种，共掺杂量不大于10mol％。作为优选，共掺杂元素的量为2～5mol％。
27.(3)在er和其他元素共掺杂的ta2o5薄膜上沉积透明电极层；
28.(4)在硅片背面沉积欧姆接触电极。
29.上述通过磁控溅射法沉积er掺杂ta2o5薄膜的步骤中，磁控溅射过程采用的靶材为掺杂有er2o3的ta2o5陶瓷靶，er的含量可以通过调整陶瓷靶中er2o3的含量来控制，er掺杂ta2o5薄膜的整体厚度通过调整溅射的气压、施加在陶瓷靶上的功率和溅射时间来控制。
30.作为对比，本发明制备了基于er，zn共掺的ta2o5薄膜器件，只需要改变溅射时使用的陶瓷靶为同时掺杂有er2o3和zno的ta2o5陶瓷靶，相应调整溅射参数即可。其他元素的共掺杂也可以通过这种方式实现。
31.本发明的基于er掺杂ta2o5薄膜的电致发光器件的发光机制和方法如下(基于er，zn共掺的ta2o5薄膜器件也类似)：
32.在ito电极和au电极之间施加8～20v的正向电压(ito层接正电压， au电极接负电压)，该器件在反向偏压下无明显发光。
33.本发明提供的电致发光器件导电机制为缺陷辅助隧穿(tat)机制，er
3+
离子的激活机理为碰撞离化机制。为方便解释，此处以sio2作为电子加速层举例说明，其他材料的电子加速层所起的作用是相似的。对器件施加正向偏压以后，由于sio2介电常数(～3.9)相比ta2o5(25～50)较小，根据静电分压公式e
ox
＝v
ox
/d
ox
＝v/[d
ox
+(ε
ox
/ε
ta2o5
)d
ta2o5
]可知大部分外加电压都降落在sio2层上。从负极而来的电子首先倾向于进入氧化硅层中能量较低的缺陷能级，当外加电压足够高时，sio2层的导带倾斜程度足以让缺陷能级中的电子隧穿进入sio2的导带，这些电子进一步在电场作用下进入 ta2o5发光层。由于ta2o5的电子亲和势为～3.75ev，而sio2的电子亲和势为～0.9ev，即sio2导带底比ta2o5的导带底高约2.85ev，电子从sio2层进入ta2o5层时就能获得这部分能量成为具有较高能量的热电子(因此这层电子加速层的电子亲和势要高于ta2o5，并且两者差值要大于激发er所需的能量)，这些热电子进一步碰撞激发ta2o5薄膜中的er
3+
离子，er
3+
离子退激发过程中便发出相应特征波段的光。可以看到，当增加了一层电子加速层后，器件导电机制变成缺陷辅助隧穿机制，可以产生能量更高的热电子，且通过碰撞离化的方式激活er
3+
离子这一过程对缺陷没有那么敏感，因而实现
了基于er掺杂ta2o5薄膜器件的电致发光。
[0034]
共掺杂对er相关发光的影响已经研究得比较多了(acta physica sinica, 2019,68；optics express,2019,27:30919-30930.)，这些增益效果在ta2o5基体中也应当存在。由于er
3+
离子中的f-f内层跃迁角量子数变化为0，是宇称禁止的，这使得晶体场对称性高的er
3+
离子并不是有效的发光中心，可以通过形成晶体对称性低的晶相或者通过共掺杂其他元素来降低er的晶体场对称性，从而增强er的近红外1540nm发光。本发明中共掺杂zn元素实现了er相关电致发光的增强，就是通过zn元素共掺杂替代ta原子格点，产生了许多点缺陷，使ta2o5发生晶格畸变从而扭曲er的晶体场，最终实现er相关发光的增强。
[0035]
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
[0036]
本发明首次实现了基于er掺杂ta2o5薄膜的电致发光器件，器件结构比较简单，与目前硅基其他光电器件制造工艺相兼容，在一定正向偏压下就可以实现er相关电致发光。而且在er掺杂ta2o5薄膜中共掺入适量其他元素就能够扭曲er
3+
离子周围的晶体场，实现er相关发光的增强。
附图说明
[0037]
图1为本发明用到的电致发光器件的结构示意图，图中所示：1——透明电极层；2——发光层；3——电子加速层；4——硅衬底；5——欧姆接触电极。
[0038]
图2为实施例1的电致发光器件在不同注入电流下可见及近红外区发光光谱。
[0039]
图3为实施例1，对比例1与对比例2三种不同热处理的er掺杂ta2o5薄膜x射线衍射谱。
[0040]
图4为实施例1，对比例1与对比例2三种不同热处理的er掺杂ta2o5薄膜近红外光致发光光谱。
[0041]
图5为实施例2的电致发光器件在不同注入电流下可见及近红外区发光光谱。
[0042]
图6为实施例1，实施例2，对比例3与对比例4三种不同zn共掺杂浓度的er掺杂ta2o5薄膜电致发光器件，在1～10ma内其可见最强峰 546nm的强度随注入电流变化曲线。
[0043]
图7为er掺杂ta2o5薄膜的断面tem图片。
[0044]
图8为er掺杂ta2o5薄膜的断面eds mapping图片。
[0045]
图9为(a)外置光源和(b)硅基光源两种光源方案示意图，图中所示：4——硅衬底，5——外置激光器光源，6——硅基波导，7——硅基电致发光光源，红线为发出的光。
具体实施方式
[0046]
以下实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的，下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0047]
实施例1
[0048]
(1)取尺寸约15
×
15mm2、厚度约625μm的重掺锑的n型《100》硅片(电阻率约为0.001～0.002ω
·
cm)作为衬底，经过标准rca清洗后，先将硅片置于1100℃、氧气氛下热处
理3分钟，得到一层8nm左右的氧化层。
[0049]
(2)将射频溅射腔体的真空度抽至5
×
10-3
pa及以下后，通入纯ar气至调节溅射气压为1pa，使用掺入摩尔百分比为0.75mol％er2o3的ta2o5陶瓷靶进行溅射沉积到(1)中准备好的衬底上。沉积过程中，溅射功率维持为 120w，硅衬底温度维持为150℃，沉积时间为7min。
[0050]
(3)将沉积得到的薄膜以氧气氛、800℃的条件下热处理120分钟，最终形成er掺杂的ta2o5薄膜(ta2o5:er)。薄膜厚度约为60nm，摩尔百分比计， er的掺入量为1.5mol％。
[0051]
(4)在ta2o5:er薄膜上通过射频磁控溅射沉积厚度约100nm的透明ito 电极。
[0052]
(5)在硅衬底背面通过直流溅射法沉积约100nm厚的au欧姆接触电极。
[0053]
将上述电致发光器件中的au电极接负电压，ito电极接正电压，测试该器件在不同正向偏压下的可见区和红外区电致发光(el)光谱，结果如图 2所示。在可见和近红外波段都观测到了明显er相关发光(410nm、524nm、 546nm与1532nm)，且er相关发光强度随注入电流增大而增大。
[0054]
对比例1
[0055]
(1)取尺寸约15
×
15mm2、厚度约625μm的重掺锑的n型《100》硅片(电阻率约为0.001～0.002ω
·
cm)作为衬底，经过标准rca清洗后，先将硅片置于1100℃、氧气氛下热处理3～5分钟，得到一层8nm左右的氧化层。
[0056]
(2)将射频溅射腔体的真空度抽至5
×
10-3
pa及以下后，通入纯ar气至调节溅射气压为1pa，使用掺入摩尔百分比为0.75mol％er2o3的ta2o5陶瓷靶进行溅射沉积到(1)中准备好的衬底上。沉积过程中，溅射功率维持为 120w，硅衬底温度维持为150℃，沉积时间为7min。
[0057]
(3)将沉积得到的薄膜以氧气氛、900℃的条件下热处理120分钟，最终形成er掺杂的ta2o5薄膜(ta2o5:er)。薄膜厚度约为60nm，摩尔百分比计， er的掺入量为1.5mol％。
[0058]
(4)在ta2o5:er薄膜上通过射频磁控溅射沉积厚度约100nm的透明ito 电极。
[0059]
(5)在硅衬底背面通过直流溅射法沉积约100nm厚的au欧姆接触电极。
[0060]
对比例2
[0061]
(1)取尺寸约15
×
15mm2、厚度约625μm的重掺锑的n型《100》硅片(电阻率约为0.001～0.002ω
·
cm)作为衬底，经过标准rca清洗后，先将硅片置于1100℃、氧气氛下热处理3～5分钟，得到一层8nm左右的氧化层。
[0062]
(2)将射频溅射腔体的真空度抽至5
×
10-3
pa及以下后，通入纯ar气至调节溅射气压为1pa，使用掺入摩尔百分比为0.75mol％er2o3的ta2o5陶瓷靶进行溅射沉积到(1)中准备好的衬底上。沉积过程中，溅射功率维持为 120w，硅衬底温度维持为150℃，沉积时间为7min。
[0063]
(3)将沉积得到的薄膜以氧气氛、700℃的条件下热处理120分钟，最终形成er掺杂的ta2o5薄膜(ta2o5:er)。薄膜厚度约为60nm，摩尔百分比计， er的掺入量为1.5mol％。
[0064]
(4)在ta2o5:er薄膜上通过射频磁控溅射沉积厚度约100nm的透明ito 电极。
[0065]
(5)在硅衬底背面通过直流溅射法沉积约100nm厚的au欧姆接触电极。
[0066]
实施例1，对比例1和对比例2制备的三种薄膜xrd测试结果如图3所示，可以看到700℃下热处理的样品结晶性很差而800℃和900℃热处理的样品表现出较好的结晶性。
[0067]
实施例1，对比例1和对比例2制备的三种薄膜近红外光致发光光谱如图4所示，可以看到三种薄膜样品都发出了er相关发光(1532nm),不过 800℃下热处理样品的强度最高。综合图3和图4，可以确定800℃下热处理 2h是最好的热处理条件。
[0068]
实施例2
[0069]
(1)取尺寸约15
×
15mm2、厚度约625μm的重掺锑的n型《100》硅片(电阻率约为0.001～0.002ω
·
cm)作为衬底，经过标准rca清洗后，先将硅片置于1100℃、氧气氛下热处理3～5分钟，得到一层8nm左右的氧化层。
[0070]
(2)将射频溅射腔体的真空度抽至5
×
10-3
pa及以下后，通入纯ar气至调节溅射气压为1pa，使用掺入摩尔百分比为0.75mol％er2o3和2.5mol％zno 的ta2o5陶瓷靶进行溅射沉积到(1)中准备好的衬底上。沉积过程中，溅射功率维持为120w，硅衬底温度维持为150℃，沉积时间为7min。
[0071]
(3)将沉积得到的薄膜以氧气氛、800℃的条件下热处理120分钟，最终形成zn、er共掺的ta2o5薄膜(ta2o5:(zn,er))。薄膜厚度约为60nm，摩尔百分比计，er的掺入量为1.5mol％，zn的掺入量为2.5mol％。
[0072]
(4)在ta2o5:(zn,er)薄膜上通过射频磁控溅射沉积厚度约100nm的透明ito电极。
[0073]
(5)在硅衬底背面通过直流溅射法沉积约100nm厚的au欧姆接触电极。
[0074]
将上述电致发光器件中的au电极接负电压，ito电极接正电压，测试该器件在不同正向偏压下的可见区和红外区电致发光(el)光谱，结果如图 5所示。在可见和近红外波段都观测到了明显er相关发光(410nm、524nm、546nm与1532nm)，且er相关发光强度随注入电流增大而增大。峰形与未共掺zn的样品类似，但是强度更高。
[0075]
对比例3
[0076]
(1)取尺寸约15
×
15mm2、厚度约625μm的重掺锑的n型《100》硅片(电阻率约为0.001～0.002ω
·
cm)作为衬底，经过标准rca清洗后，先将硅片置于1100℃、氧气氛下热处理3～5分钟，得到一层8nm左右的氧化层。
[0077]
(2)将射频溅射腔体的真空度抽至5
×
10-3
pa及以下后，通入纯ar气至调节溅射气压为1pa，使用掺入摩尔百分比为0.75mol％er2o3和5mol％zno 的ta2o5陶瓷靶进行溅射沉积到(1)中准备好的衬底上。沉积过程中，溅射功率维持为120w，硅衬底温度维持为150℃，沉积时间为7min。
[0078]
(3)将沉积得到的薄膜以氧气氛、800℃的条件下热处理120分钟，最终形成zn、er共掺的ta2o5薄膜(ta2o5:(zn,er))。薄膜厚度约为60nm，摩尔百分比计，er的掺入量为1.5mol％，zn的掺入量为5mol％。
[0079]
(4)在ta2o5:(zn,er)薄膜上通过射频磁控溅射沉积厚度约100nm的透明ito电极。
[0080]
(5)在硅衬底背面通过直流溅射法沉积约100nm厚的au欧姆接触电极。
[0081]
将上述电致发光器件中的au欧姆接触电极接正电压，ito电极接正电压，测试该器件在不同正向偏压下的可见区和红外区电致发光(el)光谱，并与实施例2进行对比。
[0082]
对比例4
[0083]
(1)取尺寸约15
×
15mm2、厚度约625μm的重掺锑的n型《100》硅片(电阻率约为0.001～0.002ω
·
cm)作为衬底，经过标准rca清洗后，先将硅片置于1100℃、氧气氛下热处理3～5分钟，得到一层8nm左右的氧化层。
[0084]
(2)将射频溅射腔体的真空度抽至5
×
10-3
pa及以下后，通入纯ar气至调节溅射气压为1pa，使用掺入摩尔百分比为0.75mol％er2o3和10mol％zno 的ta2o5陶瓷靶进行溅射沉积到(1)中准备好的衬底上。沉积过程中，溅射功率维持为120w，硅衬底温度维持为150℃，沉积时间为7min。
[0085]
(3)将沉积得到的薄膜以氧气氛、800℃的条件下热处理120分钟，最终形成zn、er共掺的ta2o5薄膜(ta2o5:(zn,er))。薄膜厚度约为60nm，摩尔百分比计，er的掺入量为1.5mol％，zn的掺入量为10mol％。
[0086]
(4)在ta2o5:(zn,er)薄膜上通过射频磁控溅射沉积厚度约100nm的透明ito电极。
[0087]
(5)在硅衬底背面通过直流溅射法沉积约100nm厚的au欧姆接触电极。
[0088]
将上述电致发光器件中的au欧姆接触电极接正电压，ito电极接正电压，测试该器件在不同正向偏压下的可见区和红外区电致发光(el)光谱，并与实施例2进行对比。
[0089]
图6为实施例1，实施例2，对比例3和对比例4四种薄膜电致发光器件可见电致发光最强峰546nm的强度随着注入电流增加的变化曲线。可以看到共掺zn的量为2.5mol％时增强效果最好，共掺zn的量为5mol％时仍有增强效果，但共掺zn的量为10mol％时就几乎没有增益效果了。因此共掺 zn的量为2.5mol％时增强效果最好。
[0090]
表1实施例1和对比例5-7不同浓度er掺杂的ta2o5薄膜器件的电致发光
[0091][0092]
如表1所示，以实施例1和对比例5-7四个不同浓度er掺杂的ta2o5薄膜器件作为对比，归一化强度指以实施例1的器件红外1540nm波段发光强度作为标准单位1，其他器件的相对强度。以实施例1和对比例5的结果可以看到，在掺er浓度较低的时候器件发光强度也较低，这是由于er浓度太低导致的。而实施例1和对比例6与对比例7的结果可以看到，随着er掺杂浓度的升高，相应器件发光强度增强不明显甚至有所下降。因此ta2o5薄膜中er掺杂量应小于等于5mol％，优选为1～3mol％。
[0093]
为说明电子加速层厚度对器件电致发光的影响，此处以sio2作为电子加速层材料举例说明。在对比例8-10中制备了厚度不同的器件。对比例8-10 的具体步骤如实施例1，分别将热氧化时间改变为30秒、10分钟和20分钟即可得到相应厚度的sio2层，其他参数保持一致，具体厚度及制备的器件开启电压参见表2。
[0094]
表2实施例1和对比例8-10的sio2层厚度和器件开启电压
[0095][0096]
从表2可以看到，当sio2层厚度增大后器件开启电压迅速增加，对比例10的开启电压已经达到60v量级，这种高压是无法集成到芯片上的。另外当sio2层厚度特别薄，只有对比例8中的4nm时，虽然器件开启电压更低，但是此时器件导电机制不为tat机制，不能实现
电致发光。因此sio2层厚度应为5～20nm。作为优选，sio2层厚度为8～12nm。
[0097]
为说明共掺杂其他元素的效果，在对比例11-20中制备了er和其他元素共掺的ta2o5薄膜器件，er掺杂量都为1.5mol％，另一种元素掺杂量都为2.5 mol％。对比例11-20步骤如实施例1，只改变靶材成分，保持其他工艺不变。测试器件在注入电流都为10ma时，近红外1540nm强度与实施例1(只掺杂er)的对比，如表3所示。
[0098]
表3实施例1-2与对比例11-20的器件的1540nm峰电致发光强度
[0099][0100]
归一化强度指以实施例1的器件红外1540nm波段发光强度作为标准单位1，其他器件的相对强度。从表3可以看到，在掺er的ta2o5薄膜中共掺杂其他元素，其他元素选自mg、ca、sr、ba、al、ga、ti、zr、hf、nb、 zn中的任意一种或多种，都可以实现器件在1540nm处发光的增强。
[0101]
表4实施例1和对比例21-23的器件在1540nm的电致发光强度
[0102][0103]
归一化强度指以实施例1的器件红外1540nm波段发光强度作为标准单位1，其他器件的相对强度。从表4中可以看到，如果换用其他材料作为电子加速层，只有当材料电子亲和势较小才能有效(各种材料的电子亲和势可以通过文献查得大致范围，再经过xps等测试具体得到)。由于ta2o5电子亲和势为3.75ev，考虑激活er
3+
离子发光所必需的能量，因此电子加速层材料的电子亲和势应当小于等于3ev。