本发明涉及半导体光电领域，特别涉及一种薄膜发光二极管及其制造方法。
背景技术
led(lightemittingdiode，发光二极管)是一种能发光的半导体电子元件。其核心部分是由p型半导体和n型半导体组成的外延片，在p型半导体和n型半导体之间有一个过渡层，称为pn结。在某些半导体材料的pn结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。
现有的led外延片包括衬底以及依次层叠在衬底上的n型层、多量子阱层和p型层，n型层的电子和p型层的空穴在多量子阱层复合发光，一般发出单色光。若想要led发出其它颜色的光(例如白光)，一种方法是在外延生长结束后，使用荧光粉对led进行封装，使得led发出的光激发荧光粉最终发出其它颜色的光。另一种方法即设置多层多量子阱层，使得电子和空穴在多层多量子阱层中分别发出不同波段的可见光，最终不同波段的可见光组合起来发出其它颜色的光。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：
对于上述第二种方法，由于电子和空穴在多量子阱层中发出何种波段的可见光与多量子阱层中in的含量有关，in的含量与温度有关，而p型层的生长温度较高，因此靠近p型层的多量子阱层中in的含量会受p型层的高温影响，使得电子和空穴在该多量子阱层中发出的可见光的波段不可调，从而降低led的发光良率。
技术实现要素：
为了解决现有技术中多量子阱层中in的含量受温度影响，使得电子和空穴在该多量子阱层中发出的可见光的波段不可调，从而降低led的发光良率的问题，本发明实施例提供了一种薄膜发光二极管及其制造方法。所述技术方案如下：
一方面，本发明提供了一种薄膜发光二极管，所述薄膜发光二极管包括衬底、第一导电层、第二导电层、至少一层磷烯、n型电极和p型电极，所述第一导电层和所述第二导电层间隔对称布置在所述衬底上，所述第二导电层与所述第一导电层的结构相同，所述第一导电层与所述衬底构成阶梯结构，所述第一导电层包括至少一个远离所述衬底的阶梯面，所述第一导电层在所述衬底上的正投影为长方形；
所述第一导电层的每个所述阶梯面与处于同一平面内的所述第二导电层的阶梯面上共同设置有一层所述磷烯，所述n型电极和所述p型电极分别设置在所述至少一层磷烯中距离所述衬底最远的一层磷烯上，且所述n型电极和所述p型电极分别位于所述第一导电层和所述第二导电层上方。
进一步地，所述第一导电层和所述第二导电层之间的距离为6～9um，每层所述磷烯的宽度为2～5um，每层所述磷烯的厚度为0.65～2nm。
进一步地，所述衬底为si衬底，所述薄膜发光二极管还包括设置在所述si衬底表面的sio2层。
另一方面，本发明提供了一种薄膜发光二极管的制造方法，所述制造方法包括：
提供一衬底；
在所述衬底上制作第一导电层、第二导电层、至少一层磷烯、n型电极和p型电极，所述第一导电层和所述第二导电层间隔对称布置在所述衬底上，所述第二导电层与所述第一导电层的结构相同，所述第一导电层与所述衬底构成阶梯结构，所述第一导电层包括至少一个远离所述衬底的阶梯面，所述第一导电层在所述衬底上的正投影为长方形；
所述第一导电层的每个所述阶梯面与处于同一平面内的所述第二导电层的阶梯面上共同设置有一层所述磷烯，所述n型电极和所述p型电极分别设置在所述至少一层磷烯中距离所述衬底最远的一层磷烯上，且所述n型电极和所述p型电极分别位于所述第一导电层和所述第二导电层上方。
进一步地，所述在所述衬底上制作第一导电层、第二导电层、至少一层磷烯、n型电极和p型电极，包括：
在所述衬底上真空蒸镀一层导电膜；
在所述导电膜上生长一层磷烯；
在所述磷烯上设置n型电极和p型电极；
去除所述导电膜中位于所述n型电极和所述p型电极的正投影以外的区域，得到间隔对称布置在所述衬底上的所述第一导电层和所述第二导电层。
进一步地，所述在所述衬底上制作第一导电层、第二导电层、至少一层磷烯、n型电极和p型电极，包括：
在所述衬底上形成一层导电层，所述导电层与所述衬底构成阶梯结构，所述导电层包括多个远离所述衬底的阶梯面；
在所述导电层的每个阶梯面上生长一层磷烯，以形成多层磷烯；
在所述多层磷烯中距离所述衬底最远的一层磷烯上设置n型电极和p型电极；
对所述导电层进行处理，除掉所述导电层中间的部分，得到间隔对称布置在所述衬底上的所述第一导电层和所述第二导电层。
进一步地，所述在所述衬底上形成一层导电层，包括：
在所述衬底上真空蒸镀一层导电膜；
在所述导电膜的第一表面的i区域设置光刻胶，并采用王水从所述第一表面开始腐蚀，得到第二表面；在所述第二表面的ii区域设置光刻胶，并采用王水从所述第二表面开始腐蚀，得到第三表面，重复上述过程，以得到所述导电层，所述第一表面为所述导电膜的远离所述衬底的一面，所述i区域位于所述第一表面的一侧边，所述ii区域位于所述第二表面的靠近所述i区域的一侧边。
进一步地，所述制造方法还包括：
对所述衬底进行刻蚀处理，以调节所述衬底的靠近所述至少一层磷烯的一面至所述至少一层磷烯的距离。
进一步地，所述生长一层磷烯，包括：
以磷粉为原料，ar为载气，在生长温度为200-350℃的环境下，生长所述磷烯。
进一步地，所述第一导电层和所述第二导电层之间的距离为6～9um。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
本发明中设有至少一层磷烯，磷烯的导热系数为10～36w/(m*k)，由于在导热系数小于60w/(m*k)的二维材料上施加大于0.4v/um的电压时，该二维材料即可具备热转光的条件，因此本发明通过在n型电极和p型电极之间施加电压，使得每层磷烯上的电压大小大于0.4v/um，即可使得磷烯具备热转光的条件，同时，每层磷烯到衬底的靠近导电层的一面的距离不同，则对应的能带禁宽e的大小也不同，而每层磷烯发出的可见光的波长λ＝1024/e，因此通过控制每层磷烯到衬底的靠近导电层的一面的距离，即可改变每层磷烯对应的能带禁宽e，从而使得每层磷烯发出不同波段的可见光，提高了led的发光良率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是实施例一提供的一种薄膜发光二极管的结构示意图；
图2是图1的左视图；
图3是实施例二提供的一种薄膜发光二极管的结构示意图；
图4是图3的左视图；
图5是实施例三提供的一种薄膜发光二极管的制造方法的方法流程图；
图6是实施例四提供的另一种薄膜发光二极管的制造方法的方法流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施例一
本发明提供了一种薄膜发光二极管，图1是实施例一提供的一种薄膜发光二极管的结构示意图，如图1所示，薄膜发光二极管包括衬底1、第一导电层2、第二导电层3、多层磷烯4、n型电极5和p型电极6。第一导电层2和第二导电层3间隔对称布置在衬底1上，即对于任意一条垂直于衬底1的直线，第一导电层2与第二导电层3关于该直线对称布置，且间隔距离l。第二导电层3与第一导电层2的结构相同，第一导电层2和第二导电层3在衬底1上的正投影均为长方形。
图2是图1的左视图，如图2所示，第一导电层2与衬底1构成阶梯结构，该阶梯结构包括三个台阶，其中第一导电层2包括三个远离衬底1的阶梯面。
同样地，第二导电层3与衬底1构成阶梯结构，第二导电层3包括三个远离衬底1的阶梯面。
参见图1，第一导电层2的每个阶梯面与处于同一平面内的第二导电层3的阶梯面上共同设有一层磷烯4，n型电极5和p型电极6分别设置在至少一层磷烯4中距离衬底1最远的一层磷烯4上，且n型电极5和p型电极6分别位于第一导电层2和第二导电层3上方。
本发明中设有至少一层磷烯，磷烯的导热系数为10～36w/(m*k)，由于在导热系数小于60w/(m*k)的二维材料上施加大于0.4v/um的电压时，该二维材料即可具备热转光的条件，因此本发明通过在n型电极和p型电极之间施加电压，使得每层磷烯上的电压大小大于0.4v/um，即可使得磷烯具备热转光的条件，同时，每层磷烯到衬底的靠近导电层的一面的距离不同，则对应的能带禁宽e的大小也不同，而每层磷烯发出的可见光的波长λ＝1024/e，因此通过控制每层磷烯到衬底的靠近导电层的一面的距离，即可改变每层磷烯对应的能带禁宽e，从而使得每层磷烯发出不同波段的可见光，提高了led的发光良率。
具体地，如图1所示，在本实施例中，薄膜发光二极管包括三层磷烯4，三层磷烯4按照距离衬底1由近至远可分为第一层磷烯41、第二层磷烯42和第三层磷烯43。每层磷烯到衬底1的距离均不相同，则该薄膜发光二极管可对应发出由三种不同波段的可见光组合而成的可见光。
在本实施例中，n型电极5和p型电极6在磷烯4上间隔对称布置，间隔l为6～9um，n型电极5和p型电极6的结构相同。
进一步地，如图1和图2所示，第一导电层和第二导电层之间的距离l为6～9um，每层磷烯的宽度为q为2～5um，厚度p为0.65～2nm。其中第一导电层2和第二导电层3之间的距离l为第一导电层2的靠近第二导电层3的一面至第二导电层3的靠近第一导电层2的一面的距离，每层磷烯的宽度q为在水平面内垂直于第一导电层2和第二导电层3的连线的方向上，该阶梯面的两个边界线之间的最小距离。通过将每层磷烯设置成上述尺寸，在实际应用时，只需在n型电极5和p型电极6之间施加较小的电压，即可使得每层磷烯均具备热转光的条件。
需要说明的是，在本实施例中，每层磷烯4的长度大于l。
在具体实现时，可以对每层磷烯4进行光刻处理，得到宽度q为2～5um，厚度p为0.65～2nm的磷烯。
优选地，每层磷烯4的厚度p均为0.65nm，此时每层磷烯的发光效果最好。
进一步地，衬底1为si衬底，si衬底表面设有一sio2层12。sio2层12是对si衬底进行氧化处理得到的，sio2层12可以当做绝缘层，防止电流流经si衬底。
可选地，衬底1还可以为蓝宝石衬底。
进一步地，第一导电层2和第二导电层3均可以采用au、pt或pd材料制成。
优选地，n型电极5可以采用cr、ti或al材料制成。
优选地，p型电极6可以采用cr、pd材料制成。
实施例二
本发明提供了一种薄膜发光二极管，图3是实施例二提供的一种薄膜发光二极管的结构示意图，如图3所示，薄膜发光二极管包括衬底1、第一导电层2、第二导电层3、磷烯4、n型电极5和p型电极6。第一导电层2和第二导电层3间隔对称布置在衬底1上，即对于任意一条垂直于衬底1的直线，第一导电层2与第二导电层3关于该直线对称布置，且间隔距离l。第二导电层3与第一导电层2的结构相同，第一导电层2和第二导电层3在衬底1上的正投影均为长方形。
图4是图3的左视图，如图4所示，第一导电层2与衬底1构成阶梯结构，该阶梯结构包括两个台阶，其中第一导电层2包括一个远离衬底1的阶梯面。
同样地，第二导电层3与衬底1构成阶梯结构，第二导电层3包括一个远离衬底1的阶梯面。
参见图4，第一导电层2的阶梯面与第二导电层3的阶梯面上共同设有一层磷烯4，n型电极5和p型电极6分别设置在该层磷烯4上，且n型电极5和p型电极6分别位于第一导电层2和第二导电层3上方。
本发明中设有一层磷烯，磷烯的导热系数为10～36w/(m*k)，由于在导热系数小于60w/(m*k)的二维材料上施加大于0.4v/um的电压时，该二维材料即可具备热转光的条件，因此本发明通过在n型电极和p型电极之间施加电压，使得磷烯上的电压大小大于0.4v/um，即可使得磷烯具备热转光的条件，同时，磷烯到衬底的靠近导电层的一面的距离不同，则对应的能带禁宽e的大小也不同，而磷烯发出的可见光的波长λ＝1024/e，因此通过控制磷烯到衬底的靠近导电层的一面的距离，即可改变磷烯对应的能带禁宽e，从而使得该层磷烯发出不同颜色的可见光，提高了led的发光良率。
在本实施例中，n型电极5和p型电极6在磷烯4上间隔对称布置，间隔l为6～9um，n型电极5和p型电极6的结构相同。
具体地，如图3所示，薄膜发光二极管包括一层磷烯4，则该薄膜发光二极管可发出单色光。
进一步地，如图3和图4所示，第一导电层2和第二导电层3之间的距离l为6～9um，磷烯的宽度为q为2～5um，厚度p为0.65～2nm。其中第一导电层2和第二导电层3之间的距离l为第一导电层2的靠近第二导电层3的一面至第二导电层3的靠近第一导电层2的一面的距离，阶梯面的宽度为在水平面内垂直于第一导电层2和第二导电层3的连线的方向上，阶梯面的两个边界线之间的距离。通过将磷烯设置成上述尺寸，在实际应用时，只需在n型电极和p型电极之间施加较小的电压，即可使得该层磷烯具备热转光的条件。
需要说明的是，在本实施例中，磷烯4的长度大于l。
在具体实现时，可以对磷烯4进行光刻处理，得到q宽度为2～5um，厚度p为0.65～2nm的磷烯。
优选地，磷烯4的厚度为0.65nm，此时磷烯4的发光效果最好。
进一步地，衬底1为si衬底，si衬底表面设有一sio2层12。sio2层12是对si衬底进行氧化处理得到的，sio2层12可以当做绝缘层，防止电流流经si衬底。
可选地，衬底1还可以为蓝宝石衬底。
进一步地，第一导电层2和第二导电层3均可以采用au、pt或pd材料制成。
优选地，n型电极5可以采用cr、ti或al材料制成。
优选地，p型电极6可以采用cr、pd材料制成。
实施例三
本发明提供了一种薄膜发光二极管的制造方法，用于制造出如实施例二所述的发单色光的薄膜发光二极管，图5是实施例三提供的一种薄膜发光二极管的制造方法的方法流程图，如图5所示，该制造方法包括：
步骤501、提供一衬底。
在本实施例中，衬底为si衬底，对衬底si进行氧化处理，以在si衬底的表面得到一层sio2。
可选地，衬底还可以为蓝宝石衬底。
具体地，步骤501还包括：
在ar气氛下，控制反应腔内的压力为1*10-5mbar，温度为500℃，对衬底进行退火处理30分钟，清洁衬底表面。
步骤502、在衬底上形成一层导电膜。
在本实施例中，可以在衬底上真空蒸镀一层厚度为2～350nm的导电膜，其中导电膜采用au或pt或pd材料制成。
步骤503、在导电膜上生长一层磷烯。
具体地，以磷粉为原料，ar为载气，在生长温度为200-350℃的环境下，在导电膜上生长一层厚度为0.65～2nm的磷烯。
步骤504、形成p型电极和n型电极。
具体地，在磷烯上光刻形成n型电极图形和p型电极图形，然后在磷烯上真空蒸镀n型电极和p型电极。其中，n型电极图形和p型电极图形的结构类似于凹槽，n型电极和p型电极分别位于对应的n型电极图形和p型电极图形内。
在本实施例中，n型电极和p型电极在磷烯上间隔对称布置，间隔l为8um，n型电极和p型电极的结构相同。
优选地，n型电极采用cr或ti或al材料制成，p型电极采用cr或pd材料制成。
步骤505、去除导电层中多余的部分。
具体地，在执行步骤505之前，该制造方法还可以包括：
对磷烯进行光刻处理，得到宽度为2um，厚度为0.65nm的磷烯。
进一步地，步骤505包括：
使用王水去除导电层中位于n型电极和p型电极的正投影以外的区域，得到间隔对称布置在衬底上的第一导电层和第二导电层。其中第二导电层与第一导电层的结构相同，第一导电层与衬底构成阶梯结构，第一导电层包括至少一个远离衬底的阶梯面，第一导电层在衬底上的正投影均为长方形。
在具体实现时，可以在n型电极和p型电极上设置光刻胶，使用王水从远离衬底的方向向靠近衬底的方向开始，腐蚀导电层，由于n型电极和p型电极上设置有光刻胶，因此光刻胶下方的导电层不会被腐蚀。
在本实施例中，第一导电层和第二导电层之间的距离l为8um。
步骤506、对衬底进行刻蚀处理。
具体地，步骤506可以包括：
在sio2层的靠近导电层的一面上，使用koh溶液刻蚀sio2层，以调节sio2层的靠近磷烯的一面至磷烯的距离。
在完成上述步骤后，在n型电极和p型电极之间施加3～8v电压，即可控制薄膜二极管发光。
在本实施例中，如图3和图4所示，sio2层的靠近导电层的一面至磷烯的距离d为270～280nm，第一导电层2和第二导电层3之间的距离l为8um。在n型电极5和p型电极6之间施加4v电压，则对应的禁带宽度e为2.21～2.3ev，磷烯4发出的可见光的波长λ约为440～460nm，则可发出蓝光。后续还可以使用黄色荧光粉对该薄膜二极管进行封装，正常施加电压后，该薄膜二极管即可发出白光。
实施例四
本发明提供了另一种薄膜发光二极管的制造方法，用于制造出如实施例一所述的可发出三种不同波段的可见光的薄膜发光二极管，图6是实施例四提供的另一种薄膜发光二极管的制造方法的方法流程图，如图6所示，该制造方法包括：
步骤601、提供一衬底。
在本实施例中，衬底为si衬底，对衬底si进行氧化处理，以在si衬底的表面得到一层sio2。
可选地，衬底还可以为蓝宝石衬底。
具体地，步骤601还包括：
在ar气氛下，控制反应腔内的压力为1*10-5mbar，温度为500℃，对衬底进行退火处理30分钟，清洁衬底表面。
步骤602、在衬底上形成一层导电层。
在本实施例中，先在衬底上真空蒸镀一层导电膜，其中导电膜采用au或pt或pd材料制成。
进一步地，步骤602还包括：
使用王水去除多余的导电膜，得到与衬底构成阶梯结构的导电层，在本实施例中，导电层包括三个远离衬底的阶梯面。
具体地，在导电层的第一表面的i区域设置光刻胶并采用王水从第一表面开始，腐蚀厚度为2～350nm的导电层，得到第二表面；在第二表面的ii区域设置光刻胶，并采用王水从第二表面开始，继续腐蚀厚度为2～350nm的导电层，得到第三表面，以得到与衬底构成阶梯结构的导电层，则此时第一表面中对应i区域的部分、第二表面中对应ii区域的部分以及第三表面构成导电层的阶梯面，即导电层包括三个远离衬底的阶梯面。
其中，第一表面为导电膜的远离衬底的一面，在薄膜发光二极管的生长方向上，第二表面至第一表面的距离为2～350nm，第三表面至第二表面的距离为2～350nm，第一表面的面积等于第二表面的面积与i区域的面积之和，第二表面的面积等于第三表面的面积与ii区域的面积之和，i区域位于第一表面的一侧边，ii区域位于第二表面的靠近i区域的一侧边，i区域与ii区域的面积相同。
需要说明的是，由于i区域和ii区域设有光刻胶，因此，位于i区域和ii区域下方的导电层不会被王水腐蚀。
步骤603、在导电层的阶梯面上形成多层磷烯。
具体地，以磷粉为原料，ar为载气，在生长温度为200-350℃的环境下，在导电层的每个阶梯面生长一层厚度为0.65～2nm的磷烯。
步骤604、形成p型电极和n型电极。
具体地，在多层磷烯中距离所述衬底最远的一层磷烯上光刻形成n型电极图形和p型电极图形，然后在磷烯上真空蒸镀n型电极和p型电极。
在本实施例中，n型电极和p型电极在磷烯上间隔对称布置，间隔l为8um，n型电极和p型电极的结构相同。
优选地，n型电极采用cr或ti或al材料制成，p型电极采用cr或pd材料制成。
步骤605、去除导电层中多余的部分。
具体地，在执行步骤605之前，该制造方法还可以包括：
对每层磷烯进行光刻处理，得到宽度为2um，厚度为0.65nm的磷烯。
进一步地，步骤605包括：
使用王水去除导电层中间的部分，得到间隔对称布置在衬底上的第一导电层和第二导电层，第二导电层与第一导电层的结构相同，第一导电层和第二导电层在衬底上的正投影均为长方形。
在本实施例中，第一导电层和第二导电层之间的距离l为8um。
步骤606、对衬底进行刻蚀处理。
具体地，在sio2层的靠近导电层的一面上，使用koh溶液刻蚀sio2层，以调节sio2层的靠近多层磷烯的一面至多层磷烯的距离。
在本实施例中，如图2所示，调节sio2层的靠近导电层的一面至第一层磷烯41的距离d1为270～280nm，调节sio2层的靠近导电层的一面至第二层磷烯42的距离d2为310～340nm，调节sio2层的靠近导电层的一面至第三层磷烯43的距离d3为400～420nm。
在完成上述步骤后，在n型电极和p型电极之间施加3～8v电压，即可控制薄膜二极管发光。
在本实施例中，在n型电极和p型电极之间施加4v电压，则第一层磷烯41发出的可见光的波长λ约为440～460nm，可发出蓝光，第二层磷烯42发出的可见光的波长λ约为510～560nm，可发出绿光，第三层磷烯43发出的可见光的波长λ约为660～700nm，可发出红光。正常施加电压后，该薄膜二极管可发出白光。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。