CN102751407A - 应用石墨烯薄膜作为载流子注入层的垂直结构发光二极管 - Google Patents

应用石墨烯薄膜作为载流子注入层的垂直结构发光二极管 Download PDF

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马骏
汪炼成
张逸韵
伊晓燕
王国宏
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Abstract

一种应用石墨烯薄膜作为载流子注入层的垂直结构发光二极管，包括：一衬底；一下金属电极，其制作于衬底上；一载流子注入层，其形成于金属电极上；一发光层，其制作在载流子注入层上；一石墨烯薄膜，其制作在发光层上；一上金属电极，其制作于石墨烯薄膜上。本发明是通过使用石墨烯薄膜作为新型载流子注入层的方法，提高空穴注入，减小电子注入层厚度，降低成本。

Description

应用石墨烯薄膜作为载流子注入层的垂直结构发光二极管
技术领域
本发明属于半导体技术领域，特别是指应用石墨烯薄膜作为载流子注入层的垂直结构发光二极管。
背景技术
石墨烯(Graphene)是一种由碳原子构成的，单层片状结构的新材料。以碳原子sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维材料，具有高透过率，高导热系数，高电子迁移率，低电阻率等特点。根据其优异的导电性，使它在微电子和光电子领域也具有巨大的应用潜力。石墨烯有可能会成为未来制造更高速计算机的不可或缺的材料。现已应用于制造透明导电层，触控屏幕、光板和太阳能电池。另一方面，垂直结构LED为了改善电流分布不均匀性和得到更好的外延层晶体质量，不得不使用更厚的N型载流子注入层，增加了生产成本和周期。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种应用石墨烯薄膜作为新型载流子注入层的发光二极管，其是通过使用石墨烯薄膜作为新型载流子注入层的方法，提高空穴注入，减小电子注入层厚度，降低成本。
本发明提供一种应用石墨烯薄膜作为载流子注入层的垂直结构发光二极管，包括：
一衬底；
一载流子注入层，其形成于衬底上；
一发光层，其制作在载流子注入层上；
一石墨烯薄膜，其制作在发光层上；
一上金属电极，其制作于石墨烯薄膜上。
一下金属电极，其制作于载流子注入层上；
一支撑衬底，其制作于金属电极上。
其中该载流子注入层的材料为：氮化铟镓、氮化铝镓或氧化锌。
其中该载流子注入层的导电类型为：N型或P型。
其中所述的制作载流子注入层，是采用金属有机物化学汽相淀积或分子束外延制备。
其中该发光层为多周期结构，周期数为1-20。
其中所述的制备石墨烯薄膜是采用撕胶带法、化学汽相淀积法或热氧化法。
其中所述石墨烯薄膜的导电类型为：N型或P型。
其中所述石墨烯薄膜的材料为：单层或多层石墨烯薄膜。
其中所述制作下金属电极和上金属电极是采用光刻、刻蚀、沉积、腐蚀或蒸镀。
其中支撑衬底的材料为铜、硅或陶瓷。
附图说明
为使审查员能进一步了解本发明的结构、特征及其目的，以下结合附图及较佳具体实施例的详细说明如后，其中：
图1是本发明的实施例，芯片结构示意图。
图2为本发明的实施例，芯片结构在制作石墨烯薄膜后的示意图。
图3为本发明的实施例，芯片结构在制作上金属电极和支撑衬底后的示意图。
图4为本发明的实施例，芯片结构在转移衬底至支撑衬底并制作下金属电极后的示意图。
具体实施方式
请参阅图1至图4所示，本发明一种应用石墨烯薄膜作为载流子注入层的垂直结构发光二极管，包括：
一衬底20，该衬底20的材料为氮化镓、蓝宝石、碳化硅或硅；衬底20的作用是为其上的外延材料提供晶体生长的基板和支撑，依据技术成熟度，机械强度，器件稳定性，透光率，晶格匹配程度和热应力失配程度等方面来选择不同的衬底材料。该衬底20的材料为氮化镓、蓝宝石、碳化硅或硅；衬底20的作用是为其上的外延材料提供晶体生长的基板和支撑，依据技术成熟度，机械强度，器件稳定性，透光率，晶格匹配程度和热应力失配程度等方面来选择不同的衬底材料。首先，衬底材料和外延膜晶格匹配至关重要。晶格匹配包含两个内容：一是与外延生长面内的晶格匹配，即在生长界面所在平面的某一方向上衬底与外延层相匹配；另一个是沿衬底表面法线方向上的匹配，如果在这个方向上失配度过大，则衬底表面的任何不平或微小起伏都可能引入缺陷，并延伸到外延膜中。
其次，外延层与衬底材料在热膨胀系数应相近，相差过大不仅可能使外延膜在生长过程中质量下降，还可能会在器件工作过程中，由于发热而造成器件的损坏。另外，衬底材料需要有相当好的化学稳定性，不能与外延膜发生化学反应，使外延层的质量下降。
一载流子注入层30，其制作在衬底20上，该载流子注入层30的材料为：氮化铟镓、氮化铝镓或氧化锌，该载流子注入层30的导电类型为：N型或P型，所述的制作载流子注入层30，是采用金属有机物化学汽相淀积或分子束外延制备；载流子注入层30的掺杂类型为N型或P型，作为电子或者空穴的注入层。其作用为作为电极向发光层31注入的载，向发光层31内注入电子或者空穴。在衬底20和发光层31的晶格之间存在失配的情况下，载流子注入层30还能够实现晶格从衬底20向发光层31的过渡，减少晶格失配带来的缺陷和位错的影响，提高发光层31的晶体质量。
一发光层31，其制作在载流子注入层30上面的一侧，宽度小于载流子注入层30的宽度，使载流子注入层30形成一台面31’，该发光层31为多周期结构，周期数为1-20；发光层31的作用为实现从上下电极50和51注入的载流子，经由载流子注入层30个石墨烯薄膜40的输运，在发光层31其中的辐射复合，把电能转换为光能，以产生光子；通常发光层30的禁带宽度小于载流子注入层30，以更好的容纳载流子。
一石墨烯薄膜40，其制作在发光层31上，所述的制备石墨烯薄膜40是采用撕胶带法、化学汽相淀积法或热氧化法，所述石墨烯薄膜40的导电类型为：N型或P型，所述石墨烯薄膜40的材料为：单层或多层石墨烯薄膜；由于石墨烯薄膜40具有高电子迁移率，高透过率的，高热传导率，低电阻率的特性，不仅可以实现高效率的载流子注入，还具有透明导电层的作用，改善电流扩展，提高提取效率。
一上金属电极50，其制作于石墨烯薄膜40上，所述制作上金属电极51是采用光刻、刻蚀、沉积、腐蚀或蒸镀；所述的金属电极51与石墨烯薄膜40形成欧姆接触，实现向石墨烯薄膜中的载流子注入。并连接芯片与外部封装结构。
一下金属电极51，其制作于载流子注入层30上，使金属电极50与载流子注入层30部分接触。所述制作下金属电极50是采用光刻、刻蚀、沉积、腐蚀或蒸镀；金属电极50主要起到金属焊点连接外部封装器件，以及实现电流从外部电路向载流子注入层30的注入的作用。
一支撑衬底60，其制作于金属电极50上；支撑衬底60的具有更好的热传导性，电导率。通过衬底转移技术将外延层从衬底20转移至60上后，可以在大功率应用的条件下保持良好的热稳定性和可靠性，其中该支撑衬底的材料为铜、硅或陶瓷。
实施例
本发明提供一种应用石墨烯薄膜作为新型载流子注入层的发光二极管，包括如下步骤：
1、在蓝宝石衬底20上依次外延生长0.1μm厚的GaN缓冲层、2μm厚非掺杂GaN、2μm厚的重掺杂Si的N型GaN电子注入层30、8对量子阱GaN/InGaN发光层31(总厚度为0.15μm)；
2、把制备好的石墨烯薄膜40贴敷于外延结构表面，并置于浓硝酸蒸汽中1分钟，之后真空退火3分钟；
3、将蓝宝石衬底20背面抛光后，在P型石墨烯薄膜40上蒸镀一层镍(Ni)/银(Ag)/铂(Pt)/金(Au)(0.5/50/50/400nm)金属反射镜50，然后放入2mol/L的硫酸、CuS04电镀液里、在0.5A电流强度下电镀8个小时，从而获得200μm厚的Cu支撑衬底60，后经机械抛光将厚度降至460μm；
4、利用激光剥离技术，将蓝宝石衬底20与GaN外延材料分解开，并利用ICP刻蚀工艺将0.1μm厚的GaN缓冲层及2μm厚的非掺杂GaN刻蚀掉，露出重掺杂Si的n型GaN电子注入层30。
5、经过光刻、电子束蒸发等工艺制备铝(Al)/钛(Ti)/金(Au)(400/50/400nm)N型金属电极51，使得N型金属电极51部分与N型GaN电子注入层30接触。
以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种应用石墨烯薄膜作为载流子注入层的垂直结构发光二极管，包括：
一衬底；
一载流子注入层，其形成于衬底上；
一发光层，其制作在载流子注入层上；
一石墨烯薄膜，其制作在发光层上；
一上金属电极，其制作于石墨烯薄膜上。
一下金属电极，其制作于载流子注入层上；
一支撑衬底，其制作于金属电极上。
2.根据权利要求1所述的应用石墨烯薄膜作为载流子注入层的垂直结构发光二极管，其中该载流子注入层的材料为：氮化铟镓、氮化铝镓或氧化锌。
3.根据权利要求2所述的应用石墨烯薄膜作为载流子注入层的垂直结构发光二极管，其中该载流子注入层的导电类型为：N型或P型。
4.根据权利要求3所述的应用石墨烯薄膜作为载流子注入层的垂直结构发光二极管，其中所述的制作载流子注入层，是采用金属有机物化学汽相淀积或分子束外延制备。
5.根据权利要求1所述的应用石墨烯薄膜作为载流子注入层的垂直结构发光二极管，其中该发光层为多周期结构，周期数为1-20。
6.根据权利要求1所述的应用石墨烯薄膜作为载流子注入层的垂直结构发光二极管，其中所述的制备石墨烯薄膜是采用撕胶带法、化学汽相淀积法或热氧化法。
7.根据权利要求6所述的应用石墨烯薄膜作为载流子注入层的垂直结构发光二极管，其中所述石墨烯薄膜的导电类型为：N型或P型。
8.根据权利要求7所述的应用石墨烯薄膜作为载流子注入层的垂直结构发光二极管，其中所述石墨烯薄膜的材料为：单层或多层石墨烯薄膜。
9.根据权利要求1所述的应用石墨烯薄膜作为载流子注入层的垂直结构发光二极管，其中所述制作下金属电极和上金属电极是采用光刻、刻蚀、沉积、腐蚀或蒸镀。
10.根据权利要求1所述的应用石墨烯薄膜作为载流子注入层的垂直结构发光二极管，其中支撑衬底的材料为铜、硅或陶瓷。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105449067A (zh) * 2015-12-31 2016-03-30 白德旭 一种石墨烯led芯片及其制备方法
CN106816522A (zh) * 2017-02-22 2017-06-09 武汉华星光电技术有限公司 发光二极管

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101859858A (zh) * 2010-05-07 2010-10-13 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 基于石墨烯的透明导电电极及其制法与应用
CN101976608A (zh) * 2010-09-27 2011-02-16 彩虹集团公司 染料敏化太阳能电池对电极的制备方法
CN102082214A (zh) * 2010-11-29 2011-06-01 华南师范大学 一种GaN基LED半导体芯片的制备方法
CN102403430A (zh) * 2010-09-16 2012-04-04 三星Led株式会社 石墨烯发光装置及其制造方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101859858A (zh) * 2010-05-07 2010-10-13 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 基于石墨烯的透明导电电极及其制法与应用
CN102403430A (zh) * 2010-09-16 2012-04-04 三星Led株式会社 石墨烯发光装置及其制造方法
CN101976608A (zh) * 2010-09-27 2011-02-16 彩虹集团公司 染料敏化太阳能电池对电极的制备方法
CN102082214A (zh) * 2010-11-29 2011-06-01 华南师范大学 一种GaN基LED半导体芯片的制备方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105449067A (zh) * 2015-12-31 2016-03-30 白德旭 一种石墨烯led芯片及其制备方法
CN106816522A (zh) * 2017-02-22 2017-06-09 武汉华星光电技术有限公司 发光二极管
WO2018152939A1 (zh) * 2017-02-22 2018-08-30 武汉华星光电技术有限公司 发光二极管
US10381518B2 (en) 2017-02-22 2019-08-13 Wuhan China Star Optoelectronics Technology Co., Ltd. Light-emitting diode

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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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