一种基于石墨烯的可调波长LED及其制备方法与流程

本发明涉及led照明技术领域，具体涉及一种基于石墨烯的可调波长led及其制备方法。

背景技术：

传统led产业通过调整不同的材料和带隙实现选择性发光，而无法在同一个器件上实现可调波长的发光。石墨烯有很高的载流子迁移率和优异的超快光学响应特性，因而在光电探测领域具有很好的应用前景。但本征石墨烯材料零带隙的特性限制了其在电子器件中的应用，对其带隙进行人工调控是亟待研究的科学难题。

氧化石墨烯(grapheneoxide，go)在碳结构上含有环氧基，羟基，羰基和羧基，这些物质的不同组分使得go的化学表达式很难被表示出来。对氧化石墨烯材料的还原过程的控制可以调控其带隙，在还原过程中由于带间和带内光学跃迁机制的变化，引起氧化石墨烯在还原过程中呈现不同的光吸收特性，进而可以大范围调控石墨烯的带隙宽度。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于石墨烯的可调波长led及其制备方法，其解决的技术问题是在半还原的氧化石墨烯上将能带隙结构与双向载流子统一结合，实现波长可调的led发光。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种基于石墨烯的可调波长led，所述led的结构为将带隙结构与载流子注入结合在一个由半还原的氧化石墨烯形成的p沟道型的场效应管中。

进一步改进在于，所述led的具体结构包括

衬底；

氧化石墨烯层，所述氧化石墨烯层沉积在衬底之上；

半还原氧化石墨烯层，所述半还原氧化石墨烯层作为发光层，其位于氧化石墨烯层之上；

由还原氧化石墨烯构成的栅极、源极和漏极，所述栅极、源极和漏极均位于半还原氧化石墨烯层之上，栅极、源极和漏极之间互不接触，且源极接地，栅极接电压vgs，漏极接电压vds。

进一步改进在于，所述衬底为pet衬底、sio2衬底或蓝宝石衬底中的一种。

进一步改进在于，所述led可调波长范围区间为450nm～750nm。

进一步改进在于，所述源极和漏极上均沉积有金属银接触层。

进一步改进在于，所述源极和漏极之间以及栅极与漏极之间设有二氧化硅介电层，所述二氧化硅介电层设于半还原氧化石墨烯层之上，且与栅极、源极和漏极均不接触。

一种基于石墨烯的可调波长led的制备方法，步骤包括

(1)选取衬底，并在衬底上沉积一层氧化石墨烯层；

(2)对氧化石墨烯层进行还原处理，在氧化石墨烯层上部得到还原氧化石墨烯层；

(3)对还原氧化石墨烯层进行光刻处理，暴露出半还原氧化石墨烯沟道，并形成不同大小的栅极、源极和漏极，接着在源极和漏极上部沉积金属银接触层。

进一步改进在于，所述氧化石墨烯层的沉积厚度为0.8-1.2μm。

进一步改进在于，所述还原处理是使用788nm(5mw)的激光对氧化石墨烯层进行处理。

进一步改进在于，所述光刻处理是使用10ma的电流对还原氧化石墨烯层进行退火去除。

本发明的原理及有益效果在于：

本发明通过还原氧化石墨烯，控制还原的程度，在氧化石墨烯与完全还原的氧化石墨烯的界面处形成半还原的氧化石墨烯。发光层内由于量子限制效应在导带和价带之间产生一系列离散的能级。

为了解决载流子双向注入的问题，本发明所采用的发光层半还原的氧化石墨烯为p型半导体材料，具有很好的电导率。在发光层上加上电压能够产生随着电压增大而增大的电流，提供载流子的注入。

将带隙结构与载流子注入结合在一个由半还原的氧化石墨烯形成的p沟道型的场效应管中，源极接地，源极与漏极之间的所加电压提供载流子注入，通过改变栅极电压调节石墨烯的费米能级从而改变led的发光波长，且可调波长范围区间达到450nm～750nm。

附图说明

图1为基于石墨烯的可调光谱led的剖面图；

图2为基于石墨烯的可调光谱led的俯视图；

图中：1、衬底；2、氧化石墨烯层；3、半还原氧化石墨烯层；4、栅极；5、源极；6、漏极；7、金属银接触层；8、二氧化硅介电层。

具体实施方式

下面结合附图对本技术作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本技术进行进一步的说明，不能理解为对本技术保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本技术作出一些非本质的改进和调整。

一种基于石墨烯的可调波长led，led的结构为将带隙结构与载流子注入结合在一个由半还原的氧化石墨烯形成的p沟道型的场效应管中。

结合图1和图2所示，led的一种实施例结构为：包括

衬底1；

氧化石墨烯层2，氧化石墨烯层2沉积在衬底1之上；

半还原氧化石墨烯层3，半还原氧化石墨烯层3作为发光层，其位于氧化石墨烯层2之上；

由还原氧化石墨烯构成的栅极4、源极5和漏极6，栅极4、源极5和漏极6均位于半还原氧化石墨烯层3之上，栅极4、源极5和漏极6之间互不接触，且源极5接地，栅极4接电压vgs，漏极6接电压vds。

上述的，衬底1为pet衬底、sio2衬底或蓝宝石衬底中的一种。

上述的，led可调波长范围区间为450nm～750nm。

上述的，源极5和漏极6上均沉积有金属银接触层7，用于提高电极的接触性。

上述的，源极5和漏极6之间以及栅极4与漏极6之间设有二氧化硅介电层8，二氧化硅介电层8设于半还原氧化石墨烯层3之上，且与栅极4、源极5和漏极6均不接触，用于起绝缘作用。

本发明还提供了一种基于石墨烯的可调波长led的制备方法，步骤包括

(1)选取衬底，并在衬底上沉积一层氧化石墨烯层，氧化石墨烯层的沉积厚度为0.8-1.2μm，最优的为1μm；

(2)对氧化石墨烯层进行还原处理，即使用788nm(5mw)的激光对氧化石墨烯层进行处理，在氧化石墨烯层上部得到还原氧化石墨烯层；

(3)对还原氧化石墨烯层进行光刻处理，即使用10ma的电流对还原氧化石墨烯层进行退火去除，使其暴露出半还原氧化石墨烯沟道，并形成不同大小的栅极、源极和漏极，接着在源极和漏极上部沉积金属银接触层。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种基于石墨烯的可调波长LED及其制备方法，所述LED的结构为将带隙结构与载流子注入结合在一个由半还原的氧化石墨烯形成的P沟道型的场效应管中。本发明所采用的发光层半还原的氧化石墨烯为P型半导体材料，具有很好的电导率，在发光层上加上电压能够产生随着电压增大而增大的电流，提供载流子的注入；将带隙结构与载流子注入结合在一个由半还原的氧化石墨烯形成的P沟道型的场效应管中，源极接地，源极与漏极之间的所加电压提供载流子注入，通过改变栅极电压调节石墨烯的费米能级从而改变LED的发光波长，且可调波长范围区间达到450nm～750nm。

技术研发人员：谢峰;杨国锋
受保护的技术使用者：南京紫科光电科技有限公司
技术研发日：2019.04.03
技术公布日：2019.06.14