一種石墨烯-氮化硼-氮化鎵led芯片及其制作方法
【專利說明】一種石墨烯-氮化硼-氮化鎵LED芯片及其制作方法
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及一種LED芯片及其制作方法，尤其涉及一種石墨烯-氮化硼-氮化鎵LED芯片及其制作方法，屬于發(fā)光二極管技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0003]GaN是目前在LED芯片中廣泛使用的材料，其禁帶寬度大，并且可以通過摻雜進(jìn)行禁帶寬度的連續(xù)調(diào)節(jié)。另外，GaN材料電子漂移飽和速度高，導(dǎo)熱性好，因而GaN相關(guān)的LED產(chǎn)業(yè)得到迅速發(fā)展。
[0004]LED照明要替代傳統(tǒng)的照明方式，大規(guī)模的進(jìn)入人們的日常生活，前提是要在產(chǎn)品的性價(jià)比上超過其他光源競爭對(duì)手。在現(xiàn)階段，GaN基研宄和發(fā)展緊緊圍繞兩個(gè)方向展開:
(I)提高LED器件的電光轉(zhuǎn)換效率，尤其是在大電流密度下轉(zhuǎn)換效率；(2)在保持器件高的轉(zhuǎn)換效率下，降低LED器件的生產(chǎn)制造成本。從技術(shù)角度來分析，MOCVD外延設(shè)備和工藝在整個(gè)LED芯片生產(chǎn)中處于核心地位，不論從設(shè)備投資還是生產(chǎn)成本來看，都要占到整個(gè)LED芯片制造成本的一半以上。因此，減少LED芯片制程中MOCVD的使用率可以大大降低芯片制造成本。
[0005]石墨烯是具有單原子層結(jié)構(gòu)的碳材料，是人類目前所知材料中最薄、透光率最高、電子迀移率最高以及導(dǎo)熱性能最好的材料。自石墨烯發(fā)現(xiàn)依賴，其在光電子器件領(lǐng)域的應(yīng)用備受期待。單原子層的石墨烯只吸收2.3%的太陽光，將石墨烯應(yīng)用于LED芯片中就有可能得到更高的出光效率。但石墨烯禁帶寬度為零，直接應(yīng)用于LED芯片中往往得不到理想的發(fā)光效率。因此如何利用石墨烯的優(yōu)異性能獲得出光效率高的LED芯片，尚需要大量研宄。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種發(fā)光效率高且制作工藝簡單的石墨烯-氮化硼-氮化鎵LED芯片及其制作方法。
[0007]本發(fā)明的石墨烯-氮化硼-氮化鎵LED芯片，是在襯底上自下而上依次有氮化鎵層、氮化硼層和石墨烯層，所述的LED芯片還包括第一電極和第二電極，第一電極設(shè)置在氮化鎵層上，第二電極設(shè)置在石墨烯層上。
[0008]上述技術(shù)方案中，所述的襯底通常為氮化鎵片、碳化硅片、藍(lán)寶石或者氧化鋅片。
[0009]所述的氮化硼層可以為單層或多層的氮化硼，其厚度為0.4nm-500nm。
[0010]所述的石墨烯層中石墨烯通常為1-20層。
[0011]所述的第一電極為金、銀、銅、鎳、鉻、鈦、鈀和鋁中的一種或者幾種的復(fù)合電極；所述的第二電極為金、銀、銅、鎳、鉻、鈦、鈀和鋁中的一種或者幾種的復(fù)合電極。
[0012]上述的石墨烯-氮化硼-氮化鎵LED芯片的制作方法，其特征在于，包含以下步驟:
1)在潔凈的襯底表面采用MOCVD(金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積)或MBE (分子束外延)法沉積氮化鎵層；
2)在氮化鎵層上轉(zhuǎn)移氮化硼層，并預(yù)留生長第一電極的面積；
3)在氮化硼層上轉(zhuǎn)移石墨烯層；
4)在石墨烯層上制作第二電極，并在氮化鎵層的預(yù)留面積處制作第一電極。
[0013]本發(fā)明中涉及的氮化硼、石墨烯的轉(zhuǎn)移方法均可參考文獻(xiàn)Carbon，56，2013，271-278中的方法。
[0014]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LED芯片其采用的石墨烯層及氮化硼層均具有較低的光吸收系數(shù)，這有助于LED芯片獲得更高的出光效率，且本發(fā)明的LED芯片正向通電以及反向通電均可發(fā)光，并具有不同的發(fā)光光譜。此外相對(duì)于傳統(tǒng)氮化鎵LED的制備方法，本發(fā)明的制備方法工藝簡單，大大減少了 MOCVD在LED芯片工藝制程中的使用比重，有利于降低芯片制造成本。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明LED芯片的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為實(shí)施例1制得的LED芯片在石墨烯上加負(fù)電壓時(shí)的電致發(fā)光光譜；
圖3為實(shí)施例1制得的LED芯片在石墨烯上加正電壓時(shí)的電致發(fā)光光譜。
【具體實(shí)施方式】
[0016]以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明。
[0017]如圖1所示，本發(fā)明的石墨烯-氮化硼-氮化鎵LED芯片，在襯底I上自下而上依次有氮化鎵層2、氮化硼層3和石墨烯層4，所述的LED芯片還包括第一電極5和第二電極6，第一電極5設(shè)置在氮化鎵層2上，第二電極6設(shè)置在石墨烯層4上。
[0018]實(shí)施例1:
1)在潔凈的碳化硅襯底表面利用MOCVD方法沉積5微米厚的P型Mg摻雜氮化鎵層，電阻率控制在10 Ω.cm左右；
2)在氮化鎵層上轉(zhuǎn)移單層氮化硼，氮化硼層厚度0.4nm，并預(yù)留生長第一電極的面積；
3)在上述氮化硼層上轉(zhuǎn)移5層石墨烯；
4)在上述石墨烯層上以及氮化鎵層的預(yù)留面積處利用電子束蒸發(fā)法沉積鈀銀復(fù)合電極。
[0019]本例制得的器件的電致發(fā)光譜如圖2、3所示，在石墨烯加負(fù)電壓時(shí)發(fā)光光譜如圖2所示，在石墨烯上加正電壓時(shí)，發(fā)光光譜如圖3所示?？梢钥闯霰纠频玫腖ED芯片正向通電以及反向通電均可以發(fā)光，且具有不同的發(fā)光光譜。
[0020]實(shí)施例2:
1)在潔凈的藍(lán)寶石襯底表面利用MOCVD方法沉積3微米厚的η型Si摻雜氮化鎵層，電阻率控制在0.1 Ω.cm左右；
2)在氮化鎵層上轉(zhuǎn)移厚度為500nm的多層氮化硼，并預(yù)留生長第一電極的面積；
3)在上述氮化硼層上轉(zhuǎn)移單層石墨烯；4)在上述石墨烯層上以及氮化鎵層的預(yù)留面積處利用電子束蒸發(fā)法沉積金電極。
[0021]實(shí)施例3:
1)在潔凈的氧化鋅襯底表面利用MOCVD方法沉積4微米厚的P型Mg摻雜氮化鎵層，電阻率控制在I Ω.cm左右；
2)在氮化鎵層上轉(zhuǎn)移5層氮化硼，并預(yù)留生長第一電極的面積；
3)在上述氮化硼層上轉(zhuǎn)移20層石墨烯；
4)在上述石墨烯層上以及氮化鎵層的預(yù)留面積處利用熱蒸發(fā)法沉積鉻鎳復(fù)合電極。
[0022]實(shí)施例4:
1)在潔凈的氧化鋅襯底表面利用MBE方法沉積3微米厚的η型Si摻雜氮化鎵層，電阻率控制在0.1 Ω.cm左右；
2)在氮化鎵層上轉(zhuǎn)移3層氮化硼，并預(yù)留生長第一電極的面積；
3)在上述氮化硼層上轉(zhuǎn)移6層石墨烯；
4)在上述石墨烯層上以及氮化鎵層的預(yù)留面積處利用磁控濺射法沉積鋁電極。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種石墨烯-氮化硼-氮化鎵LED芯片，其特征在于，在襯底(I)上自下而上依次有氮化鎵層(2)、氮化硼層(3)和石墨烯層(4)，所述的LED芯片還包括第一電極(5)和第二電極(6)，第一電極(5)設(shè)置在氮化鎵層(2)上，第二電極(6)設(shè)置在石墨烯層(4)上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯-氮化硼-氮化鎵LED芯片，其特征在于，所述的襯底(I)為氮化鎵、碳化硅、藍(lán)寶石或者氧化鋅。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯-氮化硼-氮化鎵LED芯片，其特征在于，所述的氮化硼層(3)為單層或多層的氮化硼，其厚度為0.4nm-500nm。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯-氮化硼-氮化鎵LED芯片，其特征在于，所述的石墨稀層(4)中石墨稀為1-20層。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯-氮化硼-氮化鎵LED芯片，其特征在于，所述的第一電極為金、銀、銅、鎳、鉻、鈦、鈀和鋁中的一種或者幾種的復(fù)合電極；所述的第二電極為金、銀、銅、鎳、鉻、鈦、鈀和鋁中的一種或者幾種的復(fù)合電極。6.一種如權(quán)利要求1所述的石墨烯-氮化硼-氮化鎵LED芯片的制作方法，其特征在于，包含以下步驟: 1)在潔凈的襯底表面采用MOCVD或MBE法沉積氮化鎵層； 2)在氮化鎵層上轉(zhuǎn)移氮化硼層，并預(yù)留生長第一電極的面積； 3)在氮化硼層上轉(zhuǎn)移石墨烯層； 4)在石墨烯層上制作第二電極，并在氮化鎵層的預(yù)留面積處制作第一電極。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種石墨烯-氮化硼-氮化鎵LED芯片，在襯底上自下而上依次有氮化鎵層、氮化硼層和石墨烯層，還包括第一電極和第二電極。本發(fā)明的LED芯片中石墨烯層及氮化硼層均具有較低的光吸收系數(shù)，這有助于LED芯片獲得更高的出光效率；且本發(fā)明的LED芯片正向通電以及反向通電均可以發(fā)光，并具有不同的發(fā)光光譜。此外，相比于傳統(tǒng)氮化鎵LED芯片的制備工藝，本發(fā)明的制備方法工藝簡單，大大減少了MOCVD在LED芯片工藝制程中的使用比重，有利于降低芯片制造成本。
【IPC分類】H01L33/26, H01L33/00
【公開號(hào)】CN104966771
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510322480
【發(fā)明人】邱彩玉, 丁雯, 張新娟, 徐一夢(mèng)
【申請(qǐng)人】溫州生物材料與工程研究所
【公開日】2015年10月7日
【申請(qǐng)日】2015年6月13日