专利名称：应用石墨烯薄膜作为载流子注入层的发光二极管的制作方法
技术领域：
本发明属于半导体技术领域，特别是指应用石墨烯薄膜作为载流子注入层的氮化
镓基发光二极管。
背景技术：
石墨烯(Graphene)是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，具有高透过率(97.7%);高导热系数(5300W/m*K)，高电子迁移率(15000 cm2/V s)，低电阻率只约(IO-6Q因为它极低的电阻率，极高的电子迁移率，所以被期待可用来发展出更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管。现已应用于制造透明导电层，触控屏幕、光板和太阳能电池。另一方面，由于P型掺杂困难及空穴有效质量较大，导致·的电子空穴注入不对称是发光二极管中存在的主要问题。同时，为了改善电流分布不均匀性和得到更好的外延层晶体质量，不得不使用更厚的N型载流子注入层，增加了生产成本和周期。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种应用石墨烯薄膜作为载流子注入层的发光二极管，该方法是通过使用石墨烯薄膜作为载流子注入层的方法，提高空穴注入，减小电子注入层厚度，降低成本。本发明提供一种应用石墨烯薄膜作为载流子注入层的发光二极管，包括一衬底；一载流子注入层，其制作在衬底上；—发光层，其制作在载流子注入层上面的一侧，宽度小于载流子注入层的宽度，使载流子注入层形成一台面；一石墨烯薄膜，其制作在发光层上；一下金属电极，其制作于载流子注入层的台面上；一上金属电极，其制作于石墨烯薄膜上。其中该衬底的材料为氮化镓、蓝宝石、碳化硅或硅。其中该载流子注入层的材料为氮化铟镓、氮化铝镓或氧化锌。其中该载流子注入层的导电类型为N型或P型。其中所述的制作载流子注入层，是采用金属有机物化学汽相淀积或分子束外延制备。其中该发光层为多周期结构，周期数为1-20。其中所述的制备石墨烯薄膜是采用撕胶带法、化学汽相淀积法或热氧化法。其中所述石墨烯薄膜的导电类型为N型或P型。其中所述石墨烯薄膜的材料为单层或多层石墨烯薄膜。其中所述制作下金属电极和上金属电极是采用光刻、刻蚀、沉积、腐蚀或蒸镀。
为使审查员能进一步了解本发明的结构、特征及其目的，以下结合附图及较佳具体实施例的详细说明如后，其中图I是本发明的第一实施例，芯片外延结构示意图。图2为本发明的第一实施例，芯片结构在制作石墨烯薄膜后的示意图。图3为本发明的第一实施例，芯片结构在光刻，刻蚀后的示意图。图4为本发明的第一实施例，芯片结构在制作金属电极后的示意图。
具体实施方式
本发明关键在于。通过使用石墨烯薄膜作为载流子注入层，提高载流子注入效率，改善电流扩展。请参阅图I-图4所示，本发明提供一种应用石墨烯薄膜作为载流子注入层的发光二极管，包括一衬底20，该衬底20的材料为氮化镓、蓝宝石、碳化硅或硅；衬底20的作用是为其上的外延材料提供晶体生长的基板和支撑，依据技术成熟度，机械强度，器件稳定性，透光率，晶格匹配程度和热应力失配程度等方面来选择不同的衬底材料。该衬底20的材料为氮化镓、蓝宝石、碳化硅或硅；衬底20的作用是为其上的外延材料提供晶体生长的基板和支撑，依据技术成熟度，机械强度，器件稳定性，透光率，晶格匹配程度和热应力失配程度等方面来选择不同的衬底材料。首先，衬底材料和外延膜晶格匹配至关重要。晶格匹配包含两个内容一是与外延生长面内的晶格匹配，即在生长界面所在平面的某一方向上衬底与外延层相匹配；另一个是沿衬底表面法线方向上的匹配，如果在这个方向上失配度过大，则衬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，外延层与衬底20材料在热膨胀系数应相近，相差过大不仅可能使外延膜在生长过程中质量下降，还可能会在器件工作过程中，由于发热而造成器件的损坏。另外，衬底材料需要有相当好的化学稳定性，不能与外延膜发生化学反应，使外延层的质量下降。一载流子注入层30，其制作在衬底20上，该载流子注入层30的材料为氮化铟镓、氮化铝镓或氧化锌，该载流子注入层30的导电类型为N型或P型，所述的制作载流子注入层30，是采用金属有机物化学汽相淀积或分子束外延制备；载流子注入层30的掺杂类型为N型或P型，作为电子或者空穴的注入层。其作用为作为电极向发光层31注入的载，向发光层31内注入电子或者空穴。在衬底20和发光层31的晶格之间存在失配的情况下，载流子注入层30还能够实现晶格从衬底20向发光层31的过渡，减少晶格失配带来的缺陷和位错的影响，提高发光层31的晶体质量。一发光层31，其制作在载流子注入层30上面的一侧，宽度小于载流子注入层30的宽度，使载流子注入层30形成一台面31’，该发光层31为多周期结构，周期数为1-20 ;发光层31的作用为实现从上下电极50和51注入的载流子，经由载流子注入层30个石墨烯薄膜40的输运,在发光层31其中的福射复合,把电能转换为光能，以产生光子；通常发光层30的禁带宽度小于载流子注入层30，以更好的容纳载流子。一石墨烯薄膜40，其制作在发光层31上，所述的制备石墨烯薄膜40是采用撕胶带法、化学汽相淀积法或热氧化法，所述石墨烯薄膜40的导电类型为N型或P型，所述石墨烯薄膜40的材料为单层或多层石墨烯薄膜；由于石墨烯薄膜40具有高电子迁移率，高透过率的，高热传导率，低电阻率的特性，不仅可以实现高效率的载流子注入，还具有透明导电层的作用，改善电流扩展，提高提取效率。 一下金属电极50，其制作于载流子注入层30的台面31’上，使金属电极50与载流子注入层30部分接触。所述制作下金属电极50是采用光刻、刻蚀、沉积、腐蚀或蒸镀；金属电极50主要起到金属焊点连接外部封装器件，以及实现电流从外部电路向载流子注入层30的注入的作用。一上金属电极51，其制作于石墨烯薄膜40上，所述制作上金属电极51是采用光亥IJ、刻蚀、沉积、腐蚀或蒸镀；所述的金属电极51与石墨烯薄膜40形成欧姆接触，实现向石墨烯薄膜中的载流子注入。并连接芯片与外部封装结构。实施例请参阅图I至图4所示，本发明一种应用石墨烯薄膜作为载流子注入层的发光二极管，包括如下步骤I、在蓝宝石衬底20上依次外延生长0. Iiim厚的GaN缓冲层、2 iim厚非掺杂GaN、2 u m厚的重掺杂Si的n型GaN电子注入层30、8对量子阱GaN/InGaN发光层31 (总厚度为
0.15 u m)。； 2、把制备好的石墨烯薄膜40贴敷于外延结构表面，并置于浓硝酸蒸汽中I分钟，之后真空退火3分钟；3、通过光刻，感应耦合等离子体刻蚀等工艺选择性刻蚀外延结构，将N型GaN电子注入层暴露出来，形成台面31’ ；4、经过光刻、电子束蒸发等工艺将铝(Al)/钛(Ti) /金(Au) (400/50/400nm)N型金属电极50制备在台面31’上，使其部分与N型GaN电子注入层31接触；5、经过光刻、电子束蒸发等工艺制备钛(Ti)/铝(Al)/钛(Ti)/金(Au)(50/400/50/400nm)P型金属电极51，使得P型金属电极51部分与石墨烯薄膜40接触。以上所述，仅为本发明中的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
权利要求
1.一种应用石墨烯薄膜作为载流子注入层的发光二极管，包括 一衬底； 一载流子注入层，其制作在衬底上； 一发光层，其制作在载流子注入层上面的一侧，宽度小于载流子注入层的宽度，使载流子注入层形成一台面； 一石墨烯薄膜，其制作在发光层上； 一下金属电极，其制作于载流子注入层的台面上； 一上金属电极，其制作于石墨烯薄膜上。
2.根据权利要求I所述的应用石墨烯薄膜作为载流子注入层的发光二极管，其中该衬底的材料为氮化镓、蓝宝石、碳化硅或硅。
3.根据权利要求I所述的应用石墨烯薄膜作为载流子注入层的发光二极管，其中该载流子注入层的材料为氮化铟镓、氮化铝镓或氧化锌。
4.根据权利要求3所述的应用石墨烯薄膜作为载流子注入层的发光二极管，其中该载流子注入层的导电类型为N型或P型。
5.根据权利要求4所述的应用石墨烯薄膜作为载流子注入层的发光二极管，其中所述的制作载流子注入层，是采用金属有机物化学汽相淀积或分子束外延制备。
6.根据权利要求I所述的应用石墨烯薄膜作为载流子注入层的发光二极管，其中该发光层为多周期结构，周期数为1-20。
7.根据权利要求I所述的应用石墨烯薄膜作为载流子注入层的发光二极管，其中所述的制备石墨烯薄膜是采用撕胶带法、化学汽相淀积法或热氧化法。
8.根据权利要求7所述的应用石墨烯薄膜作为载流子注入层的发光二极管，其中所述石墨烯薄膜的导电类型为N型或P型。
9.根据权利要求8所述的应用石墨烯薄膜作为载流子注入层的发光二极管，其中所述石墨烯薄膜的材料为单层或多层石墨烯薄膜。
10.根据权利要求I所述的应用石墨烯薄膜作为载流子注入层的发光二极管，其中所述制作下金属电极和上金属电极是采用光刻、刻蚀、沉积、腐蚀或蒸镀。
全文摘要
一种应用石墨烯薄膜作为载流子注入层的发光二极管，包括一衬底；一载流子注入层，其制作在衬底上；一发光层，其制作在载流子注入层上面的一侧，宽度小于载流子注入层的宽度，使载流子注入层形成一台面；一石墨烯薄膜，其制作在发光层上；一下金属电极，其制作于载流子注入层的台面上；一上金属电极，其制作于石墨烯薄膜上。本发明是通过使用石墨烯薄膜作为载流子注入层的方法，提高空穴注入，减小电子注入层厚度，降低成本。
文档编号H01L33/14GK102751408SQ20121021724
公开日2012年10月24日 申请日期2012年6月27日 优先权日2012年6月27日
发明者伊晓燕, 张逸韵, 汪炼成, 王国宏, 马骏 申请人:中国科学院半导体研究所