[发明专利]一种垂直结构纳米阵列LED及其制备方法

说明书

本发明公开了垂直结构纳米阵列LED，包括在衬底上依次复合的底电极层、第一石墨烯层、伞状GaN纳米柱阵列层、P型GaN薄膜、Al_xIn_yGa_1‑x‑yN薄膜、第二石墨烯层和顶电极层；所述第一石墨烯层上复合有图形化隔离层；其中，x＝0‑0.35，y＝0‑0.07；所述伞状GaN纳米柱阵列层自核向壳包括依次复合的GaN纳米柱芯、n型GaN纳米内壳和In(Al)GaN纳米外壳。该垂直结构纳米阵列LED有效解决了外延生长受限的情况，大幅降低生产成本，光效高，性能高。

技术领域

本发明涉及纳米阵列LED领域，特别涉及垂直结构纳米阵列LED及其制备方法。

背景技术

发光二极管(LED)作为一种新型固态照明光源和绿色光源，具有体积小、高亮度、低能耗、环保、使用寿命长等显著优点，在军、民用照明、装饰工程、农业种植、边防牧哨等领域均有广泛的应用。

目前的主流的LED材料便是以III族氮化物为主，该种材料相比于前两代照明材料更为优异的材料特性是LED性能优良的前提与保障。但也是由于III 族氮化物单晶制备困难，导致GaN基薄膜需采用异质外延方法生长，生产成本高、衬底选择性窄，薄膜外延生长质量受限于III族氮化物材料与衬底材料之间晶格匹配，进一步限制了III族氮化物基LED的性能提升。除此之外，由传统横向结构导致的LED器件发光面积与电流拓展性能受限也严重限制水平结构 LED光效的提升。因此，急需寻找一种可同时满足高光效又可实现良好电流拓展的新型LED器件制备方法。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供有效发光区域大、可满足垂直结构电流分布的垂直结构纳米阵列LED。

本发明的目的之二在于提供该垂直结构纳米阵列LED的制备方法。

本发明的目的之一采用如下技术方案实现：

一种垂直结构纳米阵列LED，包括在衬底上依次复合的底电极层、第一石墨烯层、伞状GaN纳米柱阵列层、P型GaN薄膜、Al_xIn_yGa_1-x-yN薄膜、第二石墨烯层和顶电极层；所述第一石墨烯层上复合有图形化隔离层；其中，x＝0-0.35， y＝0-0.07；所述伞状GaN纳米柱阵列层自核向壳包括依次复合的GaN纳米柱芯、 n型GaN纳米内壳和In(Al)GaN纳米外壳。

进一步地，所述伞状GaN纳米柱阵列层的高度为400-800nm，内壳的厚度为15-50nm，外壳的厚度为5-15nm。

进一步地，所述底电极层厚度为50-300nm、所述伞状GaN纳米柱阵列层的高度400-800nm、所述P型GaN薄膜的厚度为30-100nm、所述AlxInyGa1-x-yN 薄膜的厚度为20-100nm、所述顶电极层的厚度为3-12nm。

进一步地，所述伞状GaN纳米柱的柄部与第一石墨烯层电性连接、顶部与 P型GaN薄膜电性连接。

进一步地，所述底电极层的材料为Au、Pt或Au/Ni/Al/Ti复合金属。

进一步地，所述图形化隔离层的材质为SiN、SiN₂、SiO₂或Al₂O₃。

进一步地，所述图形化隔离层是通过对隔离层材料掩膜、喷金属硬膜、刻蚀、去金属硬膜洗涤而成，所述金属硬膜材料为Zn、Ti或Cu。

本发明的目的之二采用如下技术方案实现：

一种制备上述的垂直结构纳米阵列LED的制备方法，依次包括：

制备底电极层步骤：采用电子束蒸发方法在衬底上蒸镀金属电极，形成底电极层；