專利名稱：應(yīng)用石墨烯薄膜作為載流子注入層的垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別是指應(yīng)用石墨烯薄膜作為載流子注入層的垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管。
背景技術(shù)：
石墨烯(Graphene)是一種由碳原子構(gòu)成的,單層片狀結(jié)構(gòu)的新材料。以碳原子sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的二維材料，具有高透過率，高導(dǎo)熱系數(shù)，高電子遷移率，低電阻率等特點(diǎn)。根據(jù)其優(yōu)異的導(dǎo)電性，使它在微電子和光電子領(lǐng)域也具有巨大的應(yīng)用潛力。石墨烯有可能會成為未來制造更高速計算機(jī)的不可或缺的材料?，F(xiàn)已應(yīng)用于制造透明導(dǎo)電層，觸控屏幕、光板和太陽能電池。另一方面，垂直結(jié)構(gòu)LED為了改善電流分布不均勻性和得到更好的外延層晶體質(zhì)量，不得不使用更厚的N型載流子注入層，增加了生產(chǎn)成本和周期。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種應(yīng)用石墨烯薄膜作為新型載流子注入層的發(fā)光二極管，其是通過使用石墨烯薄膜作為新型載流子注入層的方法，提高空穴注入，減小電子注入層厚度，降低成本。本發(fā)明提供一種應(yīng)用石墨烯薄膜作為載流子注入層的垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管，包括一襯底；一載流子注入層，其形成于襯底上；—發(fā)光層，其制作在載流子注入層上；一石墨烯薄膜，其制作在發(fā)光層上；一上金屬電極，其制作于石墨烯薄膜上。一下金屬電極，其制作于載流子注入層上；—支撐襯底，其制作于金屬電極上。其中該載流子注入層的材料為氮化銦鎵、氮化鋁鎵或氧化鋅。其中該載流子注入層的導(dǎo)電類型為N型或P型。其中所述的制作載流子注入層，是采用金屬有機(jī)物化學(xué)汽相淀積或分子束外延制備。其中該發(fā)光層為多周期結(jié)構(gòu)，周期數(shù)為1-20。其中所述的制備石墨烯薄膜是采用撕膠帶法、化學(xué)汽相淀積法或熱氧化法。其中所述石墨烯薄膜的導(dǎo)電類型為N型或P型。其中所述石墨烯薄膜的材料為單層或多層石墨烯薄膜。其中所述制作下金屬電極和上金屬電極是采用光刻、刻蝕、沉積、腐蝕或蒸鍍。其中支撐襯底的材料為銅、硅或陶瓷。


為使審查員能進(jìn)一步了解本發(fā)明的結(jié)構(gòu)、特征及其目的，以下結(jié)合附圖及較佳具體實(shí)施例的詳細(xì)說明如后，其中圖I是本發(fā)明的實(shí)施例，芯片結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明的實(shí)施例，芯片結(jié)構(gòu)在制作石墨烯薄膜后的示意圖。圖3為本發(fā)明的實(shí)施例，芯片結(jié)構(gòu)在制作上金屬電極和支撐襯底后的示意圖。圖4為本發(fā)明的實(shí)施例，芯片結(jié)構(gòu)在轉(zhuǎn)移襯底至支撐襯底并制作下金屬電極后的示意圖。
具體實(shí)施方式
請參閱圖I至圖4所示，本發(fā)明一種應(yīng)用石墨烯薄膜作為載流子注入層的垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管，包括一襯底20，該襯底20的材料為氮化鎵、藍(lán)寶石、碳化硅或硅；襯底20的作用是為其上的外延材料提供晶體生長的基板和支撐，依據(jù)技術(shù)成熟度，機(jī)械強(qiáng)度，器件穩(wěn)定性，透光率，晶格匹配程度和熱應(yīng)力失配程度等方面來選擇不同的襯底材料。該襯底20的材料為氮化鎵、藍(lán)寶石、碳化硅或硅；襯底20的作用是為其上的外延材料提供晶體生長的基板和支撐，依據(jù)技術(shù)成熟度，機(jī)械強(qiáng)度，器件穩(wěn)定性，透光率，晶格匹配程度和熱應(yīng)力失配程度等方面來選擇不同的襯底材料。首先，襯底材料和外延膜晶格匹配至關(guān)重要。晶格匹配包含兩個內(nèi)容一是與外延生長面內(nèi)的晶格匹配，即在生長界面所在平面的某一方向上襯底與外延層相匹配；另一個是沿襯底表面法線方向上的匹配，如果在這個方向上失配度過大，則襯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，外延層與襯底材料在熱膨脹系數(shù)應(yīng)相近，相差過大不僅可能使外延膜在生長過程中質(zhì)量下降，還可能會在器件工作過程中，由于發(fā)熱而造成器件的損壞。另外，襯底材料需要有相當(dāng)好的化學(xué)穩(wěn)定性，不能與外延膜發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使外延層的質(zhì)量下降。一載流子注入層30，其制作在襯底20上，該載流子注入層30的材料為氮化銦鎵、氮化鋁鎵或氧化鋅，該載流子注入層30的導(dǎo)電類型為N型或P型，所述的制作載流子注入層30，是采用金屬有機(jī)物化學(xué)汽相淀積或分子束外延制備；載流子注入層30的摻雜類型為N型或P型，作為電子或者空穴的注入層。其作用為作為電極向發(fā)光層31注入的載，向發(fā)光層31內(nèi)注入電子或者空穴。在襯底20和發(fā)光層31的晶格之間存在失配的情況下，載流子注入層30還能夠?qū)崿F(xiàn)晶格從襯底20向發(fā)光層31的過渡，減少晶格失配帶來的缺陷和位錯的影響，提高發(fā)光層31的晶體質(zhì)量。一發(fā)光層31，其制作在載流子注入層30上面的一側(cè)，寬度小于載流子注入層30的寬度，使載流子注入層30形成一臺面31’，該發(fā)光層31為多周期結(jié)構(gòu)，周期數(shù)為1-20 ;發(fā)光層31的作用為實(shí)現(xiàn)從上下電極50和51注入的載流子，經(jīng)由載流子注入層30個石墨烯薄膜40的輸運(yùn),在發(fā)光層31其中的福射復(fù)合,把電能轉(zhuǎn)換為光能，以產(chǎn)生光子；通常發(fā)光層30的禁帶寬度小于載流子注入層30，以更好的容納載流子。 一石墨烯薄膜40，其制作在發(fā)光層31上，所述的制備石墨烯薄膜40是采用撕膠帶法、化學(xué)汽相淀積法或熱氧化法，所述石墨烯薄膜40的導(dǎo)電類型為N型或P型，所述石墨烯薄膜40的材料為單層或多層石墨烯薄膜；由于石墨烯薄膜40具有高電子遷移率，高透過率的，高熱傳導(dǎo)率，低電阻率的特性，不僅可以實(shí)現(xiàn)高效率的載流子注入，還具有透明導(dǎo)電層的作用，改善電流擴(kuò)展，提高提取效率。一上金屬電極50，其制作于石墨烯薄膜40上，所述制作上金屬電極51是采用光亥IJ、刻蝕、沉積、腐蝕或蒸鍍；所述的金屬電極51與石墨烯薄膜40形成歐姆接觸，實(shí)現(xiàn)向石墨烯薄膜中的載流子注入。并連接芯片與外部封裝結(jié)構(gòu)。一下金屬電極51，其制作于載流子注入層30上，使金屬電極50與載流子注入層30部分接觸。所述制作下金屬電極50是采用光刻、刻蝕、沉積、腐蝕或蒸鍍；金屬電極50主要起到金屬焊點(diǎn)連接外部封裝器件，以及實(shí)現(xiàn)電流從外部電路向載流子注入層30的注入的作用?！我r底60,其制作于金屬電極50上；支撐襯底60的具有更好的熱傳導(dǎo)性，電 導(dǎo)率。通過襯底轉(zhuǎn)移技術(shù)將外延層從襯底20轉(zhuǎn)移至60上后，可以在大功率應(yīng)用的條件下保持良好的熱穩(wěn)定性和可靠性，其中該支撐襯底的材料為銅、硅或陶瓷。實(shí)施例本發(fā)明提供一種應(yīng)用石墨烯薄膜作為新型載流子注入層的發(fā)光二極管，包括如下步驟I、在藍(lán)寶石襯底20上依次外延生長0. Iiim厚的GaN緩沖層、2 iim厚非摻雜GaN、2 u m厚的重?fù)诫sSi的N型GaN電子注入層30、8對量子阱GaN/InGaN發(fā)光層31 (總厚度為
0.15 u m)；2、把制備好的石墨烯薄膜40貼敷于外延結(jié)構(gòu)表面，并置于濃硝酸蒸汽中I分鐘，之后真空退火3分鐘；3、將藍(lán)寶石襯底20背面拋光后，在P型石墨烯薄膜40上蒸鍍一層鎳(Ni)/銀(Ag) / 鉬(Pt) / 金(Au) (0. 5/50/50/400nm)金屬反射鏡 50，然后放入 2mol/L 的硫酸、CuS04電鍍液里、在0. 5A電流強(qiáng)度下電鍍8個小時，從而獲得200 ii m厚的Cu支撐襯底60，后經(jīng)機(jī)械拋光將厚度降至460 V- m ；4、利用激光剝離技術(shù)，將藍(lán)寶石襯底20與GaN外延材料分解開，并利用ICP刻蝕工藝將0. I ii m厚的GaN緩沖層及2 y m厚的非摻雜GaN刻蝕掉，露出重?fù)诫sSi的n型GaN電子注入層30。5、經(jīng)過光刻、電子束蒸發(fā)等工藝制備鋁(Al)/鈦(Ti)/金(Au) (400/50/400nm)N型金屬電極51，使得N型金屬電極51部分與N型GaN電子注入層30接觸。以上所述，僅為本發(fā)明中的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉該技術(shù)的人在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變換或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的包含范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種應(yīng)用石墨烯薄膜作為載流子注入層的垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管，包括 一襯底； 一載流子注入層，其形成于襯底上； 一發(fā)光層，其制作在載流子注入層上； 一石墨烯薄膜，其制作在發(fā)光層上； 一上金屬電極，其制作于石墨烯薄膜上。
一下金屬電極，其制作于載流子注入層上； 一支撐襯底，其制作于金屬電極上。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的應(yīng)用石墨烯薄膜作為載流子注入層的垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管，其中該載流子注入層的材料為氮化銦鎵、氮化鋁鎵或氧化鋅。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的應(yīng)用石墨烯薄膜作為載流子注入層的垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管，其中該載流子注入層的導(dǎo)電類型為N型或P型。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的應(yīng)用石墨烯薄膜作為載流子注入層的垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管，其中所述的制作載流子注入層，是采用金屬有機(jī)物化學(xué)汽相淀積或分子束外延制備。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的應(yīng)用石墨烯薄膜作為載流子注入層的垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管，其中該發(fā)光層為多周期結(jié)構(gòu)，周期數(shù)為1-20。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的應(yīng)用石墨烯薄膜作為載流子注入層的垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管，其中所述的制備石墨烯薄膜是采用撕膠帶法、化學(xué)汽相淀積法或熱氧化法。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的應(yīng)用石墨烯薄膜作為載流子注入層的垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管，其中所述石墨烯薄膜的導(dǎo)電類型為N型或P型。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的應(yīng)用石墨烯薄膜作為載流子注入層的垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管，其中所述石墨烯薄膜的材料為單層或多層石墨烯薄膜。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的應(yīng)用石墨烯薄膜作為載流子注入層的垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管，其中所述制作下金屬電極和上金屬電極是采用光刻、刻蝕、沉積、腐蝕或蒸鍍。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的應(yīng)用石墨烯薄膜作為載流子注入層的垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管，其中支撐襯底的材料為銅、硅或陶瓷。
全文摘要
一種應(yīng)用石墨烯薄膜作為載流子注入層的垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管，包括一襯底；一下金屬電極，其制作于襯底上；一載流子注入層，其形成于金屬電極上；一發(fā)光層，其制作在載流子注入層上；一石墨烯薄膜，其制作在發(fā)光層上；一上金屬電極，其制作于石墨烯薄膜上。本發(fā)明是通過使用石墨烯薄膜作為新型載流子注入層的方法，提高空穴注入，減小電子注入層厚度，降低成本。
文檔編號H01L33/14GK102751407SQ20121021705
公開日2012年10月24日 申請日期2012年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月27日
發(fā)明者伊?xí)匝? 張逸韻, 汪煉成, 王國宏, 馬駿 申請人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所