[发明专利]自生长石墨烯电极发光二极管及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体器件及其制备工艺，具体涉及一种自生长石墨烯电极发光二极管及其制备方法，应用于发光二极管器件结构和制备技术领域。

背景技术

石墨烯是一种由碳原子紧密堆积成的单原子层的晶体，具有很多独特的性质，如高的比表面积、良好的热稳定性、优良的导热特性等。这些优异的性能使石墨烯在纳米电子器件、气体传感器、超级电容器和能量存储等领域有很好的应用前景。特别的，石墨烯在可见光波段极高的透过率及良好的电学与热传输性能，550nm时单层石墨烯理论透过率可达97.7%，使得其有潜力成为一种理想的透明导电材料。

近年来，采用石墨烯及其复合材料作为LED电极材料的研究很多，也取得了一定的效果，然而，目前采用的方法大都是先制备出石墨烯或氧化石墨烯，再采用一定方法转移至目标衬底。然而，石墨烯在转移的过程中容易破损并引入杂质；转移的石墨烯与衬底之间依靠范德华力结合，容易在后续的工艺中出现分离或脱落的现象，从而影响器件的性能；并且石墨烯与LED半导体层的功函数相差较大，不利于电荷的注入。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种自生长石墨烯电极发光二极管及其制备方法，使用金属插入层作为CVD法制备石墨烯的催化剂实现石墨烯电极的自生长，同时，利用金属插入层改善半导体与石墨烯之间的电荷传输特性，提高器件的整体性能。

为达到上述发明创造目的，本发明采用下述技术方案：

一种自生长石墨烯电极发光二极管，依次由衬底层、第一半导体层、有源层、第二半导体层、金属插入层、石墨烯电极层、金属焊盘组成，所述金属插入层与第二半导体层直接接触并固定结合，所述金属插入层的材料和所述石墨烯电极层的石墨烯电极材料相互结合形成复合电极。

所述金属插入层的材料为Ni、In、Ti、Rh和Zn中的任意一种金属材料或者任意几种金属的合金材料。

所述金属插入层的厚度为1-10nm。

所述金属插入层的制备方法为电子束沉积、热蒸发、磁控溅射和溶液法的一种或任意几种方法的结合。

所述石墨烯电极层为石墨烯薄膜，具有1-10层单原子石墨层。

一种自生长石墨烯电极发光二极管的制备方法，包括以下步骤： 

a.制备所需金属插入层；

b.将金属插入层沉积在依次由衬底层、第一半导体层、有源层、第二半导体层组成的半导体器件体系的第二半导体层之上，使金属插入层与第二半导体层直接接触并固定结合；

c.制备石墨烯电极层，将在步骤b中制得具有金属插入层的半导体，置于CVD反应室中，将金属插入层作为催化剂，采用化学气相沉积法制备石墨烯电极层；

d.阴极图形刻蚀：将在步骤c中制得的具有金属插入层与石墨烯电极层的半导体，采用等离子体刻蚀石墨烯电极层与金属插入层，感应耦合等离子体刻蚀第二半导体层与有源层至露出具有设定图形形状的第一半导体层；

e.金属焊盘沉积：在步骤d中制作的半导体上采用电子束沉积法，制备具有设定图形形状的金属焊盘，形成完整的器件结构。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：

本发明利用薄层金属插入层作为CVD法制备石墨烯的催化剂，实现石墨烯电极的自生长；通过金属插入层的使用可改善石墨烯与半导体层之间的电荷传输，提高器件的整体性能。

附图说明

图1是本发明实施例一自生长石墨烯电极发光二极管的结构示意图。

图2是沿图1中A-A线的剖视图。

具体实施方式

本发明的优选实施例详述如下：

实施例一：

在本实施例中，参见图1，自生长石墨烯电极发光二极管，依次由衬底层1、第一半导体层2、有源层3、第二半导体层4、金属插入层5、石墨烯电极层6、金属焊盘7 结合形成，衬底层1为蓝宝石，第一半导体层2为N型氮化镓，第二半导体层4为P型氮化镓，金属插入层5为镍，所述金属插入层5与P型氮化镓直接接触并固定结合，所述金属插入层5的材料和所述石墨烯电极层6的石墨烯电极材料相互结合形成复合电极。

在本实施例中，参见图1和图2，自生长石墨烯电极发光二极管的制备方法，包括以下步骤： 

a. 制备所需金属插入层5，

b.将金属插入层5沉积在依次由衬底层、第一半导体层、有源层、第二半导体层组成的半导体器件体系的第二半导体层之上，使金属插入层与第二半导体层直接接触并固定结合；