CN102800779A - 一种石墨烯电极的led晶片及其制作方法 - Google Patents

一种石墨烯电极的led晶片及其制作方法 Download PDF

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叶国光
梁伏波
杨小东
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Abstract

本发明公开了一种石墨烯电极的LED晶片及其制作方法，包括：N型半导体层，形成于N型半导体层上的发光层；形成于发光层上的P型半导体层；在N型半导体层上通过刻蚀形成的沟槽；在P型半导体层形成的正电极以及在沟槽上形成的负电极；其中，所述正电极和负电极采用石墨烯材料制作。本发明具有出光效率高、散热好及寿命长等优点。

Description

一种石墨烯电极的LED晶片及其制作方法
【技术领域】
本发明涉及一种LED晶片，具体来说是涉及一种石墨烯电极的LED晶片及其制作方法。 
【背景技术】
传统的电极采用金或铜材料制作，所述金或铜金属具有很强的导电及导热性，但是，金或铜金属材料制作的电极不具有透光性，按照上述材料制作的晶片，其出光效率比较底。也有采用ZnO作为晶片的电极材料，它具有较强的透光性，基本上是透明的材料，但是，ZnO材料的导电性比较差，且导热性也相比上述金属材料要差一些，将ZnO作为LED晶片的电极材料，其LED晶片存在导电、导热差，寿命短的缺陷。 
【发明内容】
本发明要解决的技术问题是提供一种具有出光效率高、散热好及寿命长的石墨烯电极的LED晶片。 
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种石墨烯电极的LED晶片，包括N型半导体层，形成于N型半导体层上的发光层；形成于发光层上的P型半导体层；在N型半导体层上通过刻蚀形成的沟槽；在P型半导体层形成的正电极以及在沟槽上形成的负电极；其特征在于，所述正电极和负电极采用石墨烯材料制作。 
本发明与现有技术相比的有益效果是：由于本发明的正电极和负电极是采用石墨烯材料制作，石墨烯的电子迁移效率很高，能把电极做到更薄、透光性更强，完成达到透明的状态，导电性也比传统材料制作的电极更强，石墨烯在 室温下传递电子的速度比现有的导体都快，本发明具有出光效率高、散热好及寿命长的优点。 
优选地，在所述N型半导体层上形成有一对称的“E”形负电极，所述对称的“E”形负电极布满在所述N型半导体层上，所述正电极环绕设置在所述对称的“E”形负电极的周围。该结构可以使正电极与负电极之间的电流扩散均匀，提高本发明的出光效率，延长使用寿命。 
优选地，所述正电极形成的图形线条至负电极形成的图形线条间隔距离相等。该结构可以使正电极与负电极之间的电流扩散更均匀，提高本发明的出光效率。 
本发明要解决的另一技术问题是提供一种具有出光效率高、散热好及寿命长的LED晶片制作方法。 
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种LED晶片制作方法，包括以下步骤：(a)利用金属有机化学气相沉积或分子束外延技术在衬底上生长出半导体外延片，所述外延片包括依次在衬底上生长的N型半导体层、发光层及P型半导体层；(b)利用感应耦合等离子刻蚀使N型半导体层的沟槽在半导体层露出；(c)将石墨烯设置在整个外延片的表面，分别在N型半导体层形成负电极以及在P型半导体层形成正电极；(d)通过图形曝光工艺，在正电极上局部蒸镀一层金属形成正电极焊线区，在负电极上局部蒸镀一层金属形成负电极焊线区；(e)在整个外延片的表面形成一层钝化层，所述正电极焊线区以及负电极焊线区露出在钝化层的表面；(f)将外延片研磨、抛光并在衬底的背面蒸镀金属或氧化物形成反射层；(g)切割外延片，裂片、点测分选。 
本发明与现有技术相比的有益效果是：由于本发明LED晶片的正电极和负电极是采用石墨烯材料制作，石墨烯的电子迁移效率很高，同时能把电极做到 更薄、透光性更强，基本达到透明状态，导电性也比传统材料制作的电极更强，石墨烯在室温下传递电子的速度比现有的导体都快，本发明制作的LED具有出光效率高、散热好及寿命长的优点。 
【附图说明】
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。 
图1为本发明的第一种实施例的剖面结构示意图。 
图2为本发明的第二种实施例的剖面结构示意图。 
图3为图1所示本发明的第一种实施例的平面示意图。 
图4为图2所示本发明的第二种实施例的平面示意图。 
图5为外延片的平面示意图。 
附图标记说明：1、衬底；2、N型半导体层；21、沟槽；3、发光层；4、P型半导体层；5、钝化层；6、透明电极层；7、正电极；70、分支正电极；71、正电极焊线区；8、负电极；81、负电极焊线区；9、缓冲层；10、LED晶片；11、外延片。 
【具体实施方式】
参照附图1、图2所示，本发明包括N型半导体层2，形成于N型半导体层2上的发光层3；形成于发光层3上的P型半导体层4；在p型半导体层2上通过刻蚀形成的沟槽21；在P型半导体层4形成的正电极7以及在沟槽21上形成的负电极8；正电极7和负电极8采用石墨烯材料制作。在N型半导体层2上形成有一对称的“E”形负电极8，对称的“E”形负电极8布满在N型半导体层2上，正电极7环绕设置在对称的“E”形负电极8的周围，所述正电极7形成的图形线条至负电极8形成的图形线条间隔距离相等，在每个“E”形负电极8上局部形成有一个负电极焊线区81，两个负电极焊线区81对称设置在两“E”形负电极上，该结构可以使正电极7与负电极8之间的电流扩散 更均匀，提高本发明的出光效率。在所述正电极7上还设置有多个分支正电极70，所述分支正电极70到“E”形负电极的间隔距离相等，这样设置可以使正电极7和分支正电极70与“E”形负电极之间的电流扩散更加均匀，实现均匀发光的效果，提高本发明的出光效率。本发明结构还包括衬底1，上述N型半导体层2设置在所述衬底1上，为了更好长晶，在所述衬底1与N型半导体层2之间还设置有一层缓冲层9，如图2所示；本发明为了电流扩散更均匀，在所述P型半导体层4还设置有一层透明电极层6，所述正电极7设置在所述透明电极层6上，如图2所示。在整个外延片11的表面形成一层钝化层5，所述钝化层5可以采用SiO2，Si3N4或其它材料，其目的是起到保护LED晶片10的表面，减少LED晶片10表面与空气产生氧化，所述正电极焊线区71和负电极焊线区81露出在钝化层5的表面；如图2、4所示。 
参照附图1、图2、图3、图4、图5所示，本发明提供一种LED晶片10制作方法，首先，利用金属有机化学气相沉积或分子束外延技术在衬底1上生长出半导体外延片11，所述外延片11包括依次在衬底1上生长的N型半导体层2、发光层3及P型半导体层4；其次，利用感应耦合等离子刻蚀使N型半导体层2的沟槽21在半导体层露出；再次，将石墨烯设置在整个外延片11的表面，分别在N型半导体层2形成负电极8以及在P型半导体层4形成正电极7；接下来通过图形曝光工艺，在正电极7上局部蒸镀一层金属形成正电极焊线区71，在负电极8上局部蒸镀一层金属形成负电极焊线区81；紧接着在整个外延片11的表面形成一层钝化层5，所述钝化层5可以采用SiO2，Si3N4或其它材料，其目的是起到保护LED晶片10的表面，减少LED晶片10表面与空气产生氧化，所述正电极焊线区71和负电极焊线区81露出在钝化层5的表面；再接着将外延片研磨、抛光并在衬底1的背面蒸镀金属或氧化物形成反射层；最后，切割外延片，裂片、点测分选，按这种步骤完成LED晶片10的制 作。上述可以采用化学汽相沉积法或还原氧化石墨的方法，通过纳米热压印技术将石墨烯分别设置在沟槽21及P型半导体层4上；也可以采用胶带层双层撕裂的方法获得石墨烯，通过纳米热压印技术将石墨烯分别设置在沟槽21及P型半导体层4上；还可以采用溅射蒸镀方法将石墨烯蒸镀到整个半导体外延片11的表面，然后采用剥离光刻胶工艺，去除正电极7和负电极8之外的石墨烯。在N型半导体层2上形成有一对称的“E”形负电极8，对称的“E”形负电极8布满在N型半导体层2上，正电极7环绕设置在对称的“E”形负电极8的周围，所述正电极7形成的图形线条至负电极8形成的图形线条间隔距离相等，在每个“E”形负电极8上局部形成有一个负电极焊线区81，两个负电极焊线区81对称设置在两“E”形负电极上，该结构可以使正电极7与负电极8之间的电流扩散更均匀，提高本发明的出光效率。在所述正电极7上还设置有多个分支正电极70，所述分支正电极70到“E”形负电极的间隔距离相等，这样设置可以使正电极7和分支正电极70与“E”形负电极之间的电流扩散更加均匀，实现均匀发光的效果，提高本发明的出光效率。上述在衬底1与N型半导体层2之间还设置有一层缓冲层9。在所述P型半导体层4表面蚀刻并形成一层透明导电层6，所述正电极4设置在透明导电层6上。 
由于本发明的正电极7和负电极8是采用石墨烯材料制作，石墨烯的电子迁移效率很高，能把正电极7和负电极8做到更薄、透光性更强，基本达到透明状态，导电性也比传统材料制作的电极更强，石墨烯在室温下传递电子的速度比现有的导体都快，本发明具有出光效率高、散热好及寿命长的优点。 
以上所述均以方便说明本发明，在不脱离本发明创作的精神范畴内，熟悉此技术的本领域的技术人员所做的各种简单的变相与修饰仍属于本发明的保护范围。 

Claims (9)

1.一种石墨烯电极的LED晶片，包括：
N型半导体层，形成于N型半导体层上的发光层；
形成于发光层上的P型半导体层；
在N型半导体层上通过刻蚀形成的沟槽；
在P型半导体层形成的正电极以及在沟槽上形成的负电极；
其特征在于：所述正电极和负电极采用石墨烯材料制作。
2.根据权利要求1所述石墨烯电极的LED晶片，其特征在于：在所述N型半导体层上形成有一对称的“E”形负电极，所述对称的“E”形负电极布满在所述N型半导体层上，所述正电极环绕设置在所述对称的“E”形负电极的周围。
3.根据权利要求2所述石墨烯电极的LED晶片，其特征在于：所述正电极形成的图形线条至负电极形成的图形线条间隔距离相等。
4.一种LED晶片制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
(a)利用金属有机化学气相沉积或分子束外延技术在衬底上生长出半导体外延片，所述外延片包括依次在衬底上生长的N型半导体层、发光层及P型半导体层；
(b)利用感应耦合等离子刻蚀使N型半导体层的沟槽在半导体层露出；
(c)将石墨烯设置在整个外延片的表面，分别在N型半导体层形成负电极以及在P型半导体层形成正电极；
(d)通过图形曝光工艺，在正电极上局部蒸镀一层金属形成正电极焊线区，在负电极上局部蒸镀一层金属形成负电极焊线区；
(e)在整个外延片的表面形成一层钝化层，所述正电极焊线区以及负电极焊线区露出在钝化层的表面；
(f)将外延片研磨、抛光并在衬底的背面蒸镀金属或氧化物形成反射层；
(g)切割外延片，裂片、点测分选。
5.根据权利要求4所述石墨烯电极的LED晶片制作方法，其特征在于：步骤(c)采用化学汽相沉积法或还原氧化石墨的方法，通过纳米热压印技术将石墨烯设置在沟槽及P型半导体层的正电极区域上。
6.根据权利要求4所述石墨烯电极的LED晶片制作方法，其特征在于：步骤(c)采用胶带层双层撕裂的方法获得石墨烯，通过纳米热压印技术将石墨烯设置在沟槽及P型半导体层的正电极区域上。
7.根据权利要求4所述石墨烯电极的LED晶片制作方法，其特征在于：步骤(c)采用溅射蒸镀方法将石墨烯蒸镀到整个半导体外延片的表面，然后采用剥离光刻胶工艺，去除正、负电极之外的石墨烯。
8.根据权利要求4-7任一权利要求所述石墨烯电极的LED晶片制作方法，其特征在于：在所述衬底与N型半导体层之间还设置有一层缓冲层。
9.根据权利要求8所述石墨烯电极的LED晶片制作方法，其特征在于：在所述P型半导体层蚀刻并形成一层透明导电层，所述正电极设置在透明导电层上。
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