[发明专利]一种石墨烯/金属纳米颗粒-PMMA/石墨烯/氮化镓发光二极管及其制备方法

说明书

本发明公开了一种石墨烯/金属纳米颗粒‑PMMA/石墨烯/氮化镓发光二极管及其制备方法，该发光二极管的结构自下而上依次有蓝宝石衬底层或硅衬底层、氮化镓层、底石墨烯层、金属纳米颗粒‑PMMA层、顶石墨烯层，氮化镓层上设有第一电极，底石墨烯层上设有第二电极，顶石墨烯层上设有第三电极。本发明的石墨烯/金属纳米颗粒‑PMMA/石墨烯/氮化镓发光二极管利用顶石墨烯层产生的栅调控效应对发光二极管的发光强度进行调控，同时结合金属纳米颗粒表面等离子体增强效应提高发光强度，此外结合石墨烯材料的高透光性、高导电性和氮化镓优异的发光特性，具有亮度高，可栅调控的特点，器件制备工艺简单且成本低。

技术领域

本发明涉及一种发光二极管及其制造方法，尤其涉及一种石墨烯/金属纳米颗粒-PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)/石墨烯/氮化镓发光二极管及其制造方法，属于发光二极管领域。

背景技术

发光二极管是一种将电能转化为光能的器件，被称为第四代照明光源或绿色光源。发光二极管具有能耗小、重量轻、体积小、功耗低，辐照低和寿命长等优点，现已广泛应用在指示、显示、装饰、照明、背光源等应用领域，具有广泛的发展潜力和市场背景。

氮化镓是第三代半导体材料，具有宽的直接带隙(3.5eV)且化学稳定性好，是一种理想的短波长发光器件材料，广泛应用于微电子和光电子器件领域；石墨烯是一种具有六角蜂窝状晶格的二维碳纳米材料，室温下具有高载流子迁移率(15000cm²/(V·s))、低吸光率(～2.3％)、高导电性、量子霍尔效应以及高热导性，这些独特的优良特性使其可以与传统半导体工艺相结合，制作新型微电子和光电子器件，如：发光二极管、太阳能电池、光电探测器以及生物传感器等等。金属纳米粒子的表面等离子体增强效应，可以大大促进光生载流子的注入，从而可以大幅提高器件的发光强度；栅调制效应可通过外加栅压调控载流子的注入方向和数目，从而改变材料的能带，进一步调节器件的发光强度。

在此基础上，本发明提出了一种石墨烯/金属纳米颗粒-PMMA/石墨烯/氮化镓发光二极管结构，并利用简单的制作工艺实现了所述发光二极管的制备。本发明的石墨烯/金属纳米颗粒-PMMA/石墨烯/氮化镓发光二极管利用顶石墨烯层产生的栅调控效应对发光二极管的发光强度进行调控，同时结合金属纳米颗粒表面等离子体增强效应提高发光强度，此外结合石墨烯材料的高透光性、高导电性和氮化镓优异的发光特性，具有亮度高，可栅调控的特点，器件制备工艺简单且成本低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种兼具栅调控效应和离子体增强效应、且工艺简单的石墨烯/金属纳米颗粒-PMMA/石墨烯/氮化镓发光二极管及其制备方法。

本发明的石墨烯/金属纳米颗粒-PMMA/石墨烯/氮化镓发光二极管，自下而上依次有衬底层(1)、氮化镓层(2)、底石墨烯层(3)、金属纳米颗粒-PMMA层(4)、顶石墨烯层(5)，此外，在氮化镓层(2)上设有第一电极(6)，在底石墨烯层(3)上设有第二电极(7)，在顶石墨烯层(5)上设有第三电极(8)；所述的金属纳米颗粒-PMMA层中PMMA的厚度大于金属纳米颗粒的直径，将金属纳米颗粒完全覆盖，并使金属纳米颗粒与顶石墨烯层(5)隔绝。

上述技术方案中，所述的金属纳米颗粒为金、钯、银、钛、铬、镍的一种或几种的复合纳米颗粒，直径为5～200nm。

所述的第一电极(6)、第二电极(7)、第三电极(8)均选自金、钯、银、钛、铬、镍的一种或者几种的复合电极。

所述的氮化镓层为p型或n型多晶氮化镓材料。

所述的底石墨烯层(3)、顶石墨烯层(5)的厚度均为1～10层。

所述的衬底层为蓝宝石或硅衬底。

制备上述的石墨烯/金属纳米颗粒-PMMA/石墨烯/氮化镓发光二极管的方法，包括如下步骤：

1)在衬底层(1)上用金属化学气相沉积法生长氮化镓外延层(2)；