CN107634125A - 一种双向发光二极管及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双向发光二极管及其制备方法，该二极管为GaN‑石墨烯‑MgO‑ZnO微米棒双向发光二极管，自下而上依次由p型的GaN层、石墨烯层、MgO层、ZnO微米棒组成，在氮化镓层上还设有侧面电极，在氧化锌层上有正面电极。其制备步骤如下：1)在GaN层上添加石墨烯层；2)在石墨烯层的上表面镀MgO层；3)在硅片上制备ZnO微米棒阵列；4)将ZnO微米棒转移到MgO层上表面，构成氮化镓‑石墨烯‑氧化镁‑氧化锌异质结；5)在GaN层表面制备侧面电极，在ZnO微米棒表面覆盖正面电极。本发明的双向发光二极管利用石墨烯增强结区的电流注入，在正反偏压下均可发光，亮度高，制备工艺简单，成本低。

Description

一种双向发光二极管及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种双向发光二极管及其制备方法，属于发光二极管领域。

背景技术

作为一种直接带隙宽禁带半导体材料，氧化锌(ZnO)具有高达60meV的激子束缚能，远高于氮化镓(GaN)的激子束缚能和热离化能，因此，激子在室温下能够稳定存在；相比于其它半导体材料，ZnO是一种更适合在室温下或者更高温度下使用的紫外光电半导体材料；自日本科学家和美国科学家相继发现了ZnO薄膜和纳米线中的紫外光辐射以来，ZnO成为设计紫外发光器件的理想材料。但是，由于自掺杂特性，人们很难得到稳定的p掺杂ZnO，为了构建异质结发光器件，GaN被作为p形材料引入从而构建ZnO/GaN异质结发光二极管。但是，一方面，GaN和ZnO之间的界面复合和能级失配等问题阻碍了高性能蓝光发光二极管(LED)的构建，另一方面，结区剩余载流子的非辐射复合导致的热效应也会影响器件的稳定性和发光特性。最近，宽禁带材料如MgO和ZnMgO等被引入到ZnO/GaN LEDs中构建带有本征层的异质结(PIN)结构的器件来改善器件的发光特性。该方法虽然可以有效的增加电子的复合率从而增加发光，但是尚不能解决器件的发热问题。石墨烯作为一种具有高电子迁移率、透过率和良好导热性的二维材料，最近被广泛应用于如紫外探测和发光二极管等器件，将石墨烯引入到结区不但可以有效地增电流注入效率还可以改善器件的热效应。

在此基础上，本发明提出了GaN-石墨烯-MgO-ZnO微米棒结构，并利用简单工艺实现了所述发光二极管的制备。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种双向发光二极管及其制备方法，该二极管为GaN-石墨烯-MgO-ZnO微米棒双向发光二极管，该发光二极管在正反偏压下均可工作，接正电压时发出蓝光，接负电压时发蓝光，同时发光特性获得提升。

技术方案：本发明提供了一种双向发光二极管，该二极管为GaN-石墨烯-MgO-ZnO微米棒双向发光二极管，其底层为GaN层，在GaN层上表面为石墨烯层和侧面电极，在石墨烯层上表面镀有MgO层，在MgO层上表面具有ZnO微米棒，在ZnO微米棒的表面覆盖有正面电极。

其中：

所述的GaN为p型掺杂的GaN，即p-GaN，所述的GaN层的厚度为2～10μm，空穴浓度为0.47×10¹⁷～1.0×10¹⁷/cm³。

所述的石墨烯为单层或多层石墨烯，所述的石墨烯层的厚度为8～15nm。

所述的侧面电极为Ti/Au欧姆接触电极。

所述的正面电极为氧化铟锡电极。

本发明还提供了一种双向发光二极管的制备方法，该方法包括如下步骤：

1)利用FeCl₃溶液处理铜基石墨烯得到石墨烯，之后将石墨烯转移到干净的GaN层上，得到石墨烯层；

2)利用磁控溅射法在石墨烯层的上表面镀上一层MgO无机透明绝缘层薄膜，得到MgO层；

3)将ZnO粉末和碳粉末按照质量比1:1～1:3混合研磨，置于容器中，之后将清洗干燥后的硅片覆盖于上述容器上方，且该硅片的抛光面朝下，经高温反应在硅片表面生长有ZnO微米棒阵列；

4)从步骤3)得到的ZnO微米棒阵列中分离出单根ZnO微米棒并转移到MgO层上表面，构成氮化镓-石墨烯-氧化镁-氧化锌异质结，即PIN结；

5)利用电子束蒸镀方法，在GaN层上表面无石墨烯层处制备侧面电极即Ti/Au欧姆接触电极，在ZnO微米棒表面制备正面电极，即氧化铟锡电极，最终构成GaN-石墨烯-MgO-ZnO微米棒双向发光二极管。

其中：

步骤1)所述的得到石墨烯层的具体步骤如下：将聚甲基丙烯酸甲酯旋涂的铜基石墨烯置于浓度为20～50g/L的FeCl₃溶液中浸泡1～2h，之后将悬浮在FeCl₃溶液中的石墨烯转移到清水中清洗，清洗干净后将其转移到GaN层上，置于在60～80℃的条件下烘干40～50min，最后置于丙酮溶液中浸泡10～12h去除石墨烯表面的聚甲基丙烯酸甲酯，得到石墨烯层。

步骤2)所述的磁控溅射法的条件为：以MgO靶为原材料，在功率为80～100W、氩气流量为50-55sccm、氧气流量为40～50sccm条件下溅射8～10min。

步骤3)所述的ZnO粉末和碳粉末的纯度均为99～99.99wt％，所述的经高温反应是指将在温度为950～1050℃的管式炉中，经过60～150min反应；所述的ZnO微米棒阵列中分离出单根ZnO微米棒的长度为3～5mm、直径为5～15μm。

步骤3)所述的清洗干燥后的硅片是指经丙酮、无水乙醇和去离子水依次超声清洗、氮气冲干后的硅片。

步骤5)所述的在GaN层表面制备侧面电极的过程如下：将GaN层用掩膜版覆盖，留下预定的电极位置，利用电子束蒸镀在预定的电极位置处先镀上厚度为20nm～30nm的钛，之后在钛上再镀厚度为50～80nm的金，得到侧面电极，即Ti/Au欧姆接触电极；所述的在ZnO微米棒表面制备正面电极的制备过程如下：将氧化铟锡玻璃直接覆盖到ZnO微米棒表面，构成正面电极，即氧化铟锡电极。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：

1、本发明在传统的ZnO/GaN异质结中引入MgO隔离层，有效减少了结区的剩余电子，增加载流子复合效率，从而提高器件的蓝光特性；

2、本发明将石墨烯引入到结区，有效地增加了器件的电子注入效率，从而提高器件的发光强度；

3、由于石墨具有良好的导热特性，带有石墨烯的光电二极管有更高的散热特性，从而提高器件的稳定性；

4、由于石墨烯的引入，使得GaN/石墨烯/MgO/ZnO异质结具有双向电驱动特性，正向驱动下可以观察到ZnO发光，而反向驱动下也可以观察到GaN的发光。

附图说明

图1单层石墨烯的拉曼光谱；

图2实施例1中制备的双向发光二极管在的I-V曲线；

图3实施例1中制备的双向发光二极管在正向驱动下的电致发光光谱；

图4实施例1中制备的双向发光二极管在反向驱动下的电致发光光谱；

图5为GaN/石墨烯/MgO/ZnO微米棒异质结光电二极管的制备流程图；

图6为GaN/石墨烯/MgO/ZnO微米棒异质结光电二极管的结构图；

其中有：GaN层1、石墨烯层2、MgO层3、ZnO微米棒4、正面电极5、侧面电极6、电源v、GaN衬底a、GaN-石墨烯结构b、GaN-石墨烯-MgO结构c、GaN-石墨烯-MgO-ZnO微米棒结构d、GaN-石墨烯-MgO-ZnO微米棒双向发光二极管e。

具体实施方式

在本发明中，利用气相传输法或水热法制备ZnO微米棒阵列，分离出单根ZnO微米棒，之后与带有石墨烯和MgO的p-GaN薄膜复合构成带有石墨烯插层PIN结二极管，最后在p-GaN表面和ZnO微米棒表面制备欧姆接触电极做电学特性测试。

实施例1：

第一步：将纯度均为99.99wt％的ZnO粉末和碳粉末按照质量比1:1混合研磨，取该混合物填入陶瓷舟内；取与陶瓷舟开口面积大小接近的硅片，经丙酮、无水乙醇和去离子水依次超声清洗、氮气冲干后，将硅片抛光面朝下覆盖与陶瓷舟上方；随后将陶瓷舟推入温度为1050℃的管式炉中；经过60分钟反应，形成尺寸较大的ZnO微米棒阵列生长于硅片表面；

第二步：利用50g/L的FeCl₃溶液处理铜基石墨烯，具体方法是将PMMA旋涂的铜基石墨烯剪成0.5*0.5mm的方块，再将其放在FeCl₃溶液中浸泡1小时，接着用载玻片将悬浮在FeCl₃溶液中的石墨烯转移到清水中清洗干净，接着将其转移到p-GaN层上，之后放在干燥炉中60℃烘干40分钟，将样品放在丙酮溶液中浸泡10小时去除表面PMMA，得到石墨烯层2。

第三步：采用无机透明绝缘材料：利用磁控溅射或者其它设备在第二步制备好的样品表面镀上一层MgO无机透明绝缘层薄膜，得到MgO层3，磁控溅射具体条件为：以MgO靶为原材料、功率100W、氩气流量50sccm、氧气流量50sccm、溅射时间10分钟。

第四步：利用大头针将ZnO微米棒阵列拨开，利用自锁模镊子夹取单根长度为3mm、直径为5μm的ZnO微米棒4，并转移到第三步制备的样品中构成带有绝缘层的异质结。

第五步：通过电子束烝镀方法，在GaN层1预定的电极位置处先镀上厚度为20nm的钛，之后在钛上再镀厚度为70nm的金，得到侧面电极6，即Ti/Au欧姆接触电极；将氧化铟锡玻璃直接覆盖到ZnO微米棒4表面，构成正面电极5，即氧化铟锡电极，最终构成p-GaN-石墨烯-MgO-ZnO微米棒双向异质结激光二极管。

第六步：对该异质结激光二极管进行电学性质测量，并测量电泵浦激光光谱。

实施例2：

第一步：将纯度均为99wt％的ZnO粉末和碳粉末按照质量比1:3混合研磨，取该混合物填入陶瓷舟内；将与陶瓷舟开口面积大小接近的硅片经丙酮、无水乙醇和去离子水依次超声清洗后，用氮气冲干后，将硅片抛光面朝下覆盖与陶瓷舟上方；随后将陶瓷舟推入温度为1050℃的管式炉中；经过80分钟反应，形成尺寸较大的ZnO微米棒阵列生长于硅片表面；

第二步：利用20g/L的FeCl₃溶液处理铜基石墨烯，具体方法是将PMMA旋涂的铜基石墨烯剪成0.5*0.5mm的方块，再将其放在FeCl₃溶液中浸泡2小时，接着用载玻片将悬浮在FeCl₃溶液中的石墨烯转移到清水中清洗干净，接着将其转移到p-GaN衬底上，之后放在干燥炉中80℃烘干50分钟，将样品放在丙酮溶液中浸泡12小时去除表面PMMA，得到石墨烯层2。

第三步：采用无机透明绝缘材料：利用磁控溅射或者其它设备在第二步制备好的样品表面镀上一层MgO无机透明绝缘层薄膜，得到MgO层3，磁控溅射具体条件为：以MgO靶为原材料、功率95W、氩气流量51sccm、氧气流量42sccm、溅射时间9.5分钟。

第四步：利用大头针将ZnO微米棒阵列拨开，利用自锁模镊子夹取单根长度为4mm、直径为7μm的ZnO微米棒4，并转移到第三步制备的样品中构成带有绝缘层的异质结。

第五步：通过电子束烝镀方法，在GaN层1预定的电极位置处先镀上厚度为25nm的钛，之后在钛上再镀厚度为80nm的金，得到侧面电极6，即Ti/Au欧姆接触电极；将氧化铟锡玻璃直接覆盖到ZnO微米棒4表面，构成正面电极5，即氧化铟锡电极，最终构成p-GaN-石墨烯-MgO-ZnO微米棒双向异质结激光二极管。

第六步：对该异质结激光二极管进行电学性质测量，并测量电泵浦激光光谱。

实施例3：

第一步：将纯度均为99wt％的ZnO粉末和碳粉末按照质量比1:3混合研磨，取该混合物填入陶瓷舟内；将与陶瓷舟开口面积大小接近的硅片经丙酮、无水乙醇和去离子水依次超声清洗后，用氮气冲干后，将硅片抛光面朝下覆盖与陶瓷舟上方；随后将陶瓷舟推入温度为950℃的管式炉中；经过150分钟反应，形成尺寸较大的ZnO微米棒阵列生长于硅片表面；

第二步：利用40g/L的FeCl₃溶液处理铜基石墨烯，具体方法是将PMMA旋涂的铜基石墨烯剪成0.5*0.5mm的方块，再将其放在FeCl₃溶液中浸泡,1.5小时，接着用载玻片将悬浮在FeCl₃溶液中的石墨烯转移到清水中清洗干净，接着将其转移到p-GaN层上，之后放在干燥炉中70℃烘干45分钟，将样品放在丙酮溶液中浸泡11小时去除表面PMMA，得到石墨烯层2。

第三步：采用无机透明绝缘材料：利用磁控溅射或者其它设备在第二步制备好的样品表面镀上一层MgO无机透明绝缘层薄膜，得到MgO层3，磁控溅射具体条件为：以MgO靶为原材料、功率90W、氩气流量52sccm、氧气流量40sccm、溅射时间9分钟。

第四步：利用大头针将ZnO微米棒阵列拨开，利用自锁模镊子夹取单根长度为5mm、直径为9μm的ZnO微米棒4，并转移到第三步制备的样品中构成带有绝缘层的异质结。

第五步：通过电子束烝镀方法，在GaN层1预定的电极位置处先镀上厚度为30nm的钛，之后在钛上再镀厚度为50nm的金，得到侧面电极6，即Ti/Au欧姆接触电极；将氧化铟锡玻璃直接覆盖到ZnO微米棒4表面，构成正面电极5，即氧化铟锡电极，最终构成p-GaN-石墨烯-MgO-ZnO微米棒双向异质结激光二极管。

第六步：对该异质结激光二极管进行电学性质测量，并测量电泵浦激光光谱。

实施例4：

第一步：将纯度均为99.99wt％的ZnO粉末和碳粉末按照质量比1:1混合研磨，取该混合物填入陶瓷舟内；将与陶瓷舟开口面积大小接近的硅片经丙酮、无水乙醇和去离子水依次超声清洗后，用氮气冲干后，将硅片抛光面朝下覆盖与陶瓷舟上方；随后将陶瓷舟推入温度为1000℃的管式炉中；经过100分钟反应，形成尺寸较大的ZnO微米棒阵列生长于硅片表面；

第二步：利用30g/L的FeCl₃溶液处理铜基石墨烯，具体方法是将PMMA旋涂的铜基石墨烯剪成0.5*0.5mm的方块，再将其放在FeCl₃溶液中浸泡1.3小时，接着用载玻片将悬浮在FeCl₃溶液中的石墨烯转移到清水中清洗干净，接着将其转移到p-GaN层上，之后放在干燥炉中65℃烘干42分钟，将样品放在丙酮溶液中浸泡,10.5小时去除表面PMMA，得到石墨烯层2。

第三步：采用无机透明绝缘材料：利用磁控溅射或者其它设备在第二步制备好的样品表面镀上一层MgO无机透明绝缘层薄膜，得到MgO层3，磁控溅射具体条件为：以MgO靶为原材料、功率85W、氩气流量53sccm、氧气流量44sccm、溅射时间8.5分钟。

第四步：利用大头针将ZnO微米棒阵列拨开，利用自锁模镊子夹取单根长度为5mm、直径为9μm的ZnO微米棒4，并转移到第三步制备的样品中构成带有绝缘层的异质结。

第五步：通过电子束烝镀方法，在GaN层1预定的电极位置处先镀上厚度为20nm的钛，之后在钛上再镀厚度为50nm的金，得到侧面电极6，即Ti/Au欧姆接触电极；将氧化铟锡玻璃直接覆盖到ZnO微米棒4表面，构成正面电极5，即氧化铟锡电极，最终构成p-GaN-石墨烯-MgO-ZnO微米棒双向异质结激光二极管。

第六步：对该异质结激光二极管进行电学性质测量，并测量电泵浦激光光谱。

实施例5：

第一步：将纯度均为99wt％的ZnO粉末和碳粉末按照质量比1:2混合研磨，取该混合物填入陶瓷舟内；将与陶瓷舟开口面积大小接近的硅片经丙酮、无水乙醇和去离子水依次超声清洗后，用氮气冲干后，将硅片抛光面朝下覆盖与陶瓷舟上方；随后将陶瓷舟推入温度为975℃的管式炉中；经过80分钟反应，形成尺寸较大的ZnO微米棒阵列生长于硅片表面；

第二步：利用40g/L的FeCl₃溶液处理铜基石墨烯，具体方法是将PMMA旋涂的铜基石墨烯剪成0.5*0.5mm的方块，再将其放在FeCl₃溶液中浸泡1.8小时，接着用载玻片将悬浮在FeCl₃溶液中的石墨烯转移到清水中清洗干净，接着将其转移到p-GaN层上，之后放在干燥炉中75℃烘干48分钟，将样品放在丙酮溶液中浸泡11.5小时去除表面PMMA，得到石墨烯层2。

第三步：采用无机透明绝缘材料：利用磁控溅射或者其它设备在第二步制备好的样品表面镀上一层MgO无机透明绝缘层薄膜，得到MgO层3，磁控溅射具体条件为：以MgO靶为原材料、功率80W、氩气流量54sccm、氧气流量46sccm、溅射时间10分钟。

第四步：利用大头针将ZnO微米棒阵列拨开，利用自锁模镊子夹取单根长度为3.5mm、直径为12μm的ZnO微米棒4，并转移到第三步制备的样品中构成带有绝缘层的异质结。

第五步：通过电子束烝镀方法，在GaN层1预定的电极位置处先镀上厚度为20nm的钛，之后在钛上再镀厚度为80nm的金，得到侧面电极6，即Ti/Au欧姆接触电极；将氧化铟锡玻璃直接覆盖到ZnO微米棒4表面，构成正面电极5，即氧化铟锡电极，最终构成p-GaN-石墨烯-MgO-ZnO微米棒双向异质结激光二极管。

第六步：对该异质结激光二极管进行电学性质测量，并测量电泵浦激光光谱。

实施例6：

第一步：将纯度均为99.50wt％的ZnO粉末和碳粉末按照质量比1:3混合研磨，取该混合物填入陶瓷舟内；将与陶瓷舟开口面积大小接近的硅片经丙酮、无水乙醇和去离子水依次超声清洗后，用氮气冲干后，将硅片抛光面朝下覆盖与陶瓷舟上方；随后将陶瓷舟推入温度为1025℃的管式炉中；经过90分钟反应，形成尺寸较大的ZnO微米棒阵列生长于硅片表面；

第二步：利用35g/L的FeCl₃溶液处理铜基石墨烯，具体方法是将PMMA旋涂的铜基石墨烯剪成0.5*0.5mm的方块，再将其放在FeCl₃溶液中浸泡1小时，接着用载玻片将悬浮在FeCl₃溶液中的石墨烯转移到清水中清洗干净，接着将其转移到p-GaN层上，之后放在干燥炉中75℃烘干40分钟。将样品放在丙酮溶液中浸泡10小时去除表面PMMA，得到石墨烯层2。

第三步：采用无机透明绝缘材料：利用磁控溅射或者其它设备在第二步制备好的样品表面镀上一层MgO无机透明绝缘层薄膜，得到MgO层3，磁控溅射具体条件为：以MgO靶为原材料、功率90W、氩气流量55sccm、氧气流量50sccm、溅射时间8分钟。

第四步：利用大头针将ZnO微米棒阵列拨开，利用自锁模镊子夹取单根长度为4.5直径为15μm的ZnO微米棒4，并转移到第三步制备的样品中构成带有绝缘层的异质结。

第五步：通过电子束烝镀方法，在GaN层1预定的电极位置处先镀上厚度为28nm的钛，之后在钛上再镀厚度为60nm的金，得到侧面电极6，即Ti/Au欧姆接触电极；将氧化铟锡玻璃直接覆盖到ZnO微米棒4表面，构成正面电极5，即氧化铟锡电极，最终构成p-GaN-石墨烯-MgO-ZnO微米棒双向异质结激光二极管。

第六步：对该异质结激光二极管进行电学性质测量，并测量电泵浦激光光谱。

实施例7：

第一步：将纯度均为99.99wt％的ZnO粉末和碳粉末按照质量比1:1混合研磨，取该混合物填入陶瓷舟内；将与陶瓷舟开口面积大小接近的硅片经丙酮、无水乙醇和去离子水依次超声清洗后，用氮气冲干后，将硅片抛光面朝下覆盖与陶瓷舟上方；随后将陶瓷舟推入温度为1050℃的管式炉中；经过60分钟反应，形成尺寸较大的ZnO微米棒阵列生长于硅片表面；

第二步：利用25g/L的FeCl₃溶液处理铜基石墨烯，具体方法是将PMMA旋涂的铜基石墨烯剪成0.5*0.5mm的方块，再将其放在FeCl₃溶液中浸泡2小时，接着用载玻片将悬浮在FeCl₃溶液中的石墨烯转移到清水中清洗干净，接着将其转移到p-GaN层上，之后放在干燥炉中80℃烘干40分钟。将样品放在丙酮溶液中浸泡11小时去除表面PMMA，得到石墨烯层2。

第三步：采用无机透明绝缘材料：利用磁控溅射或者其它设备在第二步制备好的样品表面镀上一层MgO无机透明绝缘层薄膜，得到MgO层3，磁控溅射具体条件为：以MgO靶为原材料、功率100W、氩气流量55sccm、氧气流量50sccm、溅射时间8分钟。

第四步：利用大头针将ZnO微米棒阵列拨开，利用自锁模镊子夹取单根长度为5mm、直径为15μm的ZnO微米棒4，并转移到第三步制备的样品中构成带有绝缘层的异质结。

第五步：通过电子束烝镀方法，在GaN层1预定的电极位置处先镀上厚度为30nm的钛，之后在钛上再镀厚度为60nm的金，得到侧面电极6，即Ti/Au欧姆接触电极；将氧化铟锡玻璃直接覆盖到ZnO微米棒4表面，构成正面电极5，即氧化铟锡电极，最终构成p-GaN-石墨烯-MgO-ZnO微米棒双向异质结激光二极管。

第六步：对该异质结激光二极管进行电学性质测量，并测量电泵浦激光光谱。

实施例8：

第一步：将纯度均为99wt％的ZnO粉末和碳粉末按照质量比1:1混合研磨，取该混合物填入陶瓷舟内；取与陶瓷舟开口面积大小接近的硅片，经丙酮、无水乙醇和去离子水依次超声清洗、氮气冲干后，将硅片抛光面朝下覆盖与陶瓷舟上方；随后将陶瓷舟推入温度为1050℃的管式炉中；经过60分钟反应，形成尺寸较大的ZnO微米棒阵列生长于硅片表面；

第二步：利用50g/L的FeCl₃溶液处理铜基石墨烯，具体方法是将PMMA旋涂的铜基石墨烯剪成0.5*0.5mm的方块，再将其放在FeCl₃溶液中浸泡1小时，接着用载玻片将悬浮在FeCl₃溶液中的石墨烯转移到清水中清洗干净，接着将其转移到p-GaN层上，之后放在干燥炉中60℃烘干40分钟，将样品放在丙酮溶液中浸泡10小时去除表面PMMA，得到石墨烯层2。

第三步：采用无机透明绝缘材料：利用磁控溅射或者其它设备在第二步制备好的样品表面镀上一层MgO无机透明绝缘层薄膜，得到MgO层3，磁控溅射具体条件为：以MgO靶为原材料、功率100W、氩气流量50sccm、氧气流量50sccm、溅射时间10分钟。

第四步：利用大头针将ZnO微米棒阵列拨开，利用自锁模镊子夹取单根长度为3mm、直径为5μm的ZnO微米棒4，并转移到第三步制备的样品中构成带有绝缘层的异质结。

第五步：通过电子束烝镀方法，在GaN层1预定的电极位置处先镀上厚度为30nm的钛，之后在钛上再镀厚度为75nm的金，得到侧面电极6，即Ti/Au欧姆接触电极；将氧化铟锡玻璃直接覆盖到ZnO微米棒4表面，构成正面电极5，即氧化铟锡电极，最终构成p-GaN-石墨烯-MgO-ZnO微米棒双向异质结激光二极管。第六步：对该异质结激光二极管进行电学性质测量，并测量电泵浦激光光谱。

Claims (10)

1.一种双向发光二极管，其特征在于：该二极管为GaN-石墨烯-MgO-ZnO微米棒双向发光二极管，其底层为GaN层(1)，在GaN层上表面为石墨烯层(2)和侧面电极(6)，在石墨烯层(2)上表面镀有MgO层(3)，在MgO层(3)上表面具有ZnO微米棒(4)，在ZnO微米棒(4)的表面覆盖有正面电极(5)。

2.如权利要求1所述的一种双向发光二极管，其特征在于：所述的GaN为p型掺杂的GaN，即p-GaN，所述的GaN层(1)的厚度为2～10μm，空穴浓度为0.47×10¹⁷～1.0×10¹⁷/cm³。

3.如权利要求1所述的一种双向发光二极管，其特征在于：所述的石墨烯为单层或多层石墨烯，所述的石墨烯层(2)的厚度为8～15nm。

4.如权利要求1所述的一种双向发光二极管，其特征在于：所述的侧面电极(6)为Ti/Au欧姆接触电极。

5.如权利要求1所述的一种双向发光二极管，其特征在于：所述的正面电极(5)为氧化铟锡电极。

6.一种如权利要求1所述的双向发光二极管的制备方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

1)利用FeCl₃溶液处理铜基石墨烯得到石墨烯，之后将石墨烯转移到干净的GaN层(1)上，得到石墨烯层(2)；

2)利用磁控溅射法在石墨烯层(2)的上表面镀上一层MgO无机透明绝缘层薄膜，得到MgO层(3)；

3)将ZnO粉末和碳粉末按照质量比1:1～1:3混合研磨，置于容器中，之后将清洗干燥后的硅片覆盖于上述容器上方，且该硅片的抛光面朝下，经高温反应后在硅片表面生长有ZnO微米棒阵列；

4)从步骤3)得到的ZnO微米棒阵列中分离出单根ZnO微米棒(4)并转移到MgO层(3)上表面，构成氮化镓-石墨烯-氧化镁-氧化锌异质结，即PIN结；

5)利用电子束蒸镀方法，在GaN层(1)上表面无石墨烯层(2)处制备侧面电极(6)，即Ti/Au欧姆接触电极；在ZnO微米棒(4)表面制备正面电极(5)，即氧化铟锡电极，最终构成GaN-石墨烯-MgO-ZnO微米棒双向发光二极管(e)。

7.如权利要求6所述的一种双向发光二极管的制备方法，其特征在于：步骤1)所述的得到石墨烯层(1)的具体步骤如下：将聚甲基丙烯酸甲酯旋涂的铜基石墨烯置于浓度为20～50g/L的FeCl₃溶液中浸泡1～2h，之后将悬浮在FeCl₃溶液中的石墨烯转移到清水中清洗，清洗干净后将其转移到干净的GaN层(1)上，并置于60～80℃的条件下烘干40～50min，最后置于丙酮溶液中浸泡10～12h去除石墨烯表面的聚甲基丙烯酸甲酯，得到石墨烯层(2)。

8.如权利要求6所述的一种双向发光二极管的制备方法，其特征在于：步骤2)所述的磁控溅射法的条件为：以MgO靶为原材料,在功率为80～100W、氩气流量为50-55sccm、氧气流量为40～50sccm条件下溅射8～10min。

9.如权利要求6所述的一种双向发光二极管的制备方法，其特征在于：步骤3)所述的ZnO粉末和碳粉末的纯度均为99～99.99wt％，所述的经高温反应是指将在温度为950～1050℃的管式炉中，经过60～150min反应；所述的ZnO微米棒阵列中分离出单根ZnO微米棒(4)的长度为3～5mm、直径为5～15μm。

10.如权利要求6所述的一种双向发光二极管的制备方法，其特征在于：步骤5)所述的在GaN层(1)上表面无石墨烯层(2)处制备侧面电极(6)的过程如下：将GaN层(1)用掩膜版覆盖，留下预定的电极位置，利用电子束蒸镀在预定的电极位置处先镀上厚度为20～30nm的钛，之后在钛上再镀厚度为50～80nm的金，得到侧面电极(6)，即Ti/Au欧姆接触电极；所述的在ZnO微米棒(4)表面制备正面电极(5)的制备过程如下：将氧化铟锡玻璃直接覆盖到ZnO微米棒(4)表面，构成正面电极(5)，即氧化铟锡电极。