本發(fā)明涉及一種發(fā)光二極管及其制造方法，尤其涉及一種石墨烯/氮化鎵/金屬納米顆粒雙向發(fā)光二極管及其制造方法，屬于發(fā)光二極管領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

固態(tài)發(fā)光二極管是一種新型光源，以其壽命長、重量輕、體積小和污染低的優(yōu)點，現(xiàn)在已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到照明，顯示等多個方面方面。傳統(tǒng)的紫光和白光二極管是基于氮化鎵半導(dǎo)體，通過金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉淀技術(shù)制備,工藝復(fù)雜，成本高昂。我們用石墨烯取代一部分氮化鎵。石墨烯透明度高，并且石墨烯與氮化鎵形成的異質(zhì)結(jié)位于半導(dǎo)體表面，因此可以采用各種方法增強(qiáng)其發(fā)光。其中金屬納米顆粒的表面等離子體增強(qiáng)可大幅提高器件的發(fā)光強(qiáng)度。在此基礎(chǔ)上，本發(fā)明提出了石墨烯/氮化鎵/金屬納米顆粒結(jié)構(gòu)，并利用簡單工藝實現(xiàn)了所述發(fā)光二極管的制備。該發(fā)光二極管正反偏壓下均可工作，石墨烯接正電壓時發(fā)出藍(lán)黃綠混合光，石墨烯接負(fù)電壓時發(fā)純凈藍(lán)光。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種亮度高，工藝簡單的石墨烯/氮化鎵/金屬納米顆粒雙向發(fā)光二極管及其制備方法，該發(fā)光二極管正反偏壓下均可工作，石墨烯接正電壓時發(fā)出藍(lán)黃綠混合光，石墨烯接負(fù)電壓時發(fā)純凈藍(lán)光。

本發(fā)明的石墨烯/氮化鎵/金屬納米顆粒雙向發(fā)光二極管，自下而上依次有藍(lán)寶石襯底層或硅襯底層、氮化鎵層、石墨烯層、金屬納米顆粒層，在石墨烯層上設(shè)有正面電極，在氮化鎵層上還設(shè)有側(cè)面電極，所述的氮化鎵層為p型多晶材料，厚度為2～10μm。

上述技術(shù)方案中，所述的金屬納米顆粒為金、鈀、銀、鈦、鉻、鎳的一種或幾種的復(fù)合納米顆粒，直徑為5～200nm。

所述的正面電極為金、鈀、銀、鈦、鉻、鎳的一種或者幾種的復(fù)合電極。

所述的側(cè)面電極為金、鈀、銀、鈦、鉻、鎳的一種或者幾種的復(fù)合電極。

所述的石墨烯的厚度為1-10層。

制備上述的石墨烯/氮化鎵/金屬納米顆粒雙向發(fā)光二極管的方法，包括如下步驟：

1)在藍(lán)寶石或硅襯底上用金屬化學(xué)氣相沉積法生長P型氮化鎵外延層；

2)在步驟1)所得氮化鎵片上用電子束蒸發(fā)鍍膜方法沉積側(cè)面電極，并預(yù)留面積；

3)將步驟2)所得氮化鎵片進(jìn)行表面清洗并干燥表面；

4)將石墨烯轉(zhuǎn)移至步驟3)處理后的氮化鎵片的預(yù)留面積處；

5)在石墨烯層上制作正面電極，并預(yù)留面積；

6)將金屬納米顆粒旋涂至步驟5)的石墨烯上預(yù)留面積處。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的有益效果是：本發(fā)明的單個器件可發(fā)出多種波長的光，即在正反偏壓下均可工作，石墨烯接正電壓時發(fā)出黃綠光，石墨烯接負(fù)電壓時發(fā)藍(lán)光，且該發(fā)光二極管亮度高，工藝簡單，成本低。

附圖說明

圖1為石墨烯/氮化鎵/金屬納米顆粒雙向發(fā)光二極管截面圖；

圖2為石墨烯/氮化鎵/金屬納米顆粒雙向發(fā)光二極管俯視圖；

圖3為石墨烯/氮化鎵/金屬納米顆粒雙向發(fā)光二極管的IV曲線圖；

圖4為石墨烯接正偏壓時的發(fā)光圖；

圖5為石墨烯接正偏壓時的發(fā)光光譜；

圖6為石墨烯接負(fù)偏壓時的發(fā)光圖；

圖7為石墨烯接負(fù)偏壓時的發(fā)光光譜。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明。

參照圖1、2，本發(fā)明的石墨烯/氮化鎵/金屬納米顆粒雙向發(fā)光二極管自下而上依次有藍(lán)寶石襯底層或硅襯底層1、p型的氮化鎵層2、石墨烯層3、金屬納米顆粒層4，在石墨烯層3上設(shè)有正面電極5，在氮化鎵層2上還設(shè)有側(cè)面電極6，所述的氮化鎵層為p型多晶材料，厚度為2～10μm。圖3為本發(fā)明制得的發(fā)光二極管的IV曲線圖、圖4為石墨烯接正偏壓時的發(fā)光圖；圖5為石墨烯接正偏壓時的發(fā)光光譜；圖6為石墨烯接負(fù)偏壓時的發(fā)光圖；圖7為石墨烯接負(fù)偏壓時的發(fā)光光譜?？梢钥闯鲈摪l(fā)光二極管可以實現(xiàn)雙向發(fā)光，單個器件可發(fā)出多種波長的光，即在正反偏壓下均可工作，石墨烯接正電壓時發(fā)出藍(lán)黃綠混合光，石墨烯接負(fù)電壓時發(fā)純凈藍(lán)光。

實施例1

1)在藍(lán)寶石襯底上用金屬化學(xué)氣相沉積法生長P型多晶氮化鎵外延層,厚度2μm；

2)在氮化鎵外延片一側(cè)利用電子束蒸發(fā)法沉積鈦金電極；

3)將得到的樣品依次浸入去離子水，丙酮和異丙醇中進(jìn)行表面清洗；

4)將單層石墨烯轉(zhuǎn)移至清洗干凈的氮化鎵晶片上；

5)在石墨烯上利用熱蒸發(fā)工藝沉積銀電極；

6)將直徑100nm銀納米顆粒勻涂至石墨烯上，得到石墨烯/氮化鎵/銀納米顆粒雙向發(fā)光二極管。

實施例2

1)在硅襯底上用金屬化學(xué)氣相沉積法生長P型多晶氮化鎵外延層,厚度4μm；

2)在氮化鎵外延片一側(cè)利用電子束蒸發(fā)法沉積鎳金電極；

3)將得到的樣品依次浸入去離子水，丙酮和異丙醇中進(jìn)行表面清洗；

4)將雙層石墨烯轉(zhuǎn)移至清洗干凈的氮化鎵晶片上；

5)在石墨烯上利用熱蒸發(fā)工藝沉積金電極；

6)將50nm直徑金納米顆粒勻涂至石墨烯上得到石墨烯/氮化鎵/金納米顆粒雙向發(fā)光二極管。

實施例3

1)在硅襯底上用金屬化學(xué)氣相沉積法生長P型多晶氮化鎵外延層,厚度8μm；

2)在氮化鎵外延片一側(cè)利用電子束蒸發(fā)法沉積鈦金電極；

3)將得到的樣品依次浸入去離子水，丙酮和異丙醇中進(jìn)行表面清洗；

4)將三層石墨烯轉(zhuǎn)移至至清洗干凈的氮化鎵晶片上；

5)在石墨烯上利用熱蒸發(fā)工藝沉積鈦電極；

6)將10nm直徑鈦納米顆粒勻涂至石墨烯上得到石墨烯/氮化鎵/鈦納米顆粒雙向發(fā)光二極管。

實施例4

1)在硅襯底上用金屬化學(xué)氣相沉積法生長P型多晶氮化鎵外延層,厚度10μm；

2)在氮化鎵外延片一側(cè)利用電子束蒸發(fā)法沉積鎳金電極；

3)將得到的樣品依次浸入去離子水，丙酮和異丙醇中進(jìn)行表面清洗；

4)將五層石墨烯轉(zhuǎn)移至至清洗干凈的氮化鎵晶片上；

5)在石墨烯上利用熱蒸發(fā)工藝沉積銀電極；

6)將5nm直徑鉻納米顆粒勻涂至石墨烯上得到石墨烯/氮化鎵/鉻納米顆粒雙向發(fā)光二極管。