專利名稱：應(yīng)用石墨烯薄膜電流擴(kuò)展層的氮化鎵基垂直結(jié)構(gòu)led的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種應(yīng)用石墨烯薄膜電流擴(kuò)展層的氮化鎵基垂直結(jié)構(gòu)LED。
背景技術(shù)：
垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管通過熱壓鍵合、激光剝離等關(guān)鍵制備工藝，將氮化鎵外延材料從藍(lán)寶石襯底上轉(zhuǎn)移到金屬、硅、碳化硅等具有良好電、熱傳導(dǎo)特性的襯底材料上，使得器件電極上下垂直分布、電流沿垂直方向注入從而解決了正裝、倒裝結(jié)構(gòu)氮化鎵基發(fā)光二極管器件中因為電極平面分布、電流橫向注入所導(dǎo)致的諸如散熱、電流分布不均勻、可靠性差等一系列問題。由于垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管多采用金屬電極，其為吸光材料，且其面積越大遮光面也越大，從而導(dǎo)致器件電光轉(zhuǎn)化效率的下降。如果通過降低金屬電極面積來提高光輸出功率，則會使得注入電流分布不均勻、金屬電極與氮化鎵接觸特性下降，從而使得氮化鎵與金屬電極接觸電壓上升、注入電流擴(kuò)展均勻性下降，這都會嚴(yán)重影響氮化鎵發(fā)光二極管的光電特性。且金屬材料價格昂貴，使得器件制備成本升高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種應(yīng)用石墨烯薄膜電流擴(kuò)展層的氮化鎵基垂直結(jié)構(gòu) LED，其是在垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管中運(yùn)用石墨烯材料的高光透過率以及良好的導(dǎo)電特性做來代替現(xiàn)有的金屬電極，從而起到電流擴(kuò)展層的作用，這既能提高發(fā)光二極管的發(fā)光效率， 且有利于降低器件制備成本。本發(fā)明提供一種應(yīng)用石墨烯薄膜電流擴(kuò)展層的氮化鎵基垂直結(jié)構(gòu)LED，包括一 ρ型金屬電極，該ρ型金屬電極包括一金屬支撐襯底，以及制作在金屬支撐襯底上的金屬反射鏡；一空穴注入層，該空穴注入層制作在P型金屬電極的金屬反射鏡上；—電子阻擋層，該電子阻擋層制作在空穴注入層上；一發(fā)光層，該發(fā)光層制作在電子阻擋層上；一電子限制層，該電子限制層制作在發(fā)光層上；一電子注入層，該電子注入層制作在電子限制層上；一電流擴(kuò)展層，該電流擴(kuò)展層制作在電子限制層上；兩個η型金屬電極，制作在電流擴(kuò)展層上，覆蓋一部分電流擴(kuò)展層。其中所述ρ型金屬電極的金屬支撐襯底的材料為銅、鎳、銅鎳合金、銅鎢合金或鎳鉆合金。其中所述ρ型金屬電極的金屬反射鏡的材料為鎳/銀/鉬/金、鎳/銀/金、鎳/ 銀/鎳/金、鈦/鋁/鈦/金、鈦/銀/鈦/金、鋁/銀/金或鋁/鈦/金中的一種材料。其中所述空穴注入層選自于摻鎂的ρ型氮化鎵材料。其中所述電子阻擋層選自于AlxGiVxN材料，其中0彡χ彡1。
其中所述發(fā)光層包括m個氮化銦鎵量子阱與m+1個氮化鎵量子勢壘，每個氮化銦鎵量子阱上下兩側(cè)都有一個氮化鎵量子勢壘，其中m > 1。其中所述電子限制層選自于AlzGi^zN材料，其中0彡ζ彡1。其中所述電子注入層選自于摻硅的η型氮化鎵材料。其中所述電流擴(kuò)展層選自于單層或多層石墨烯薄膜材料。其中所述η型金屬電極選自于包括鎳/金、鎳/銀/金、鎳/銀/鎳/金、鎳/銀 /鉬/金、鈦/金、鈦/銀/金、鈦/招/鈦/金、鈦/銀/鈦/金、鋁/鈦/金、鉻/鉬/金或鉻/銀/金中的一種材料。


為使審查員能進(jìn)一步了解本發(fā)明的結(jié)構(gòu)、特征及其目的，以下結(jié)合附圖及較佳具體實施例的詳細(xì)說明如后，其中圖1為此垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管側(cè)面示意圖；圖2為此垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管立體示意圖。
具體實施例方式請參照圖1和圖2所示，所述一種應(yīng)用石墨烯薄膜電流擴(kuò)展層的氮化鎵基垂直結(jié)構(gòu)LED，包括一 ρ型金屬電極10，該ρ型金屬電極10包括一金屬支撐襯底101，以及制作在金屬支撐襯底101上的金屬反射鏡102，所述金屬支撐襯底101起到支撐外延材料及器件散熱的作用，而金屬反射鏡102將GaN材料牢固的黏附于金屬支撐襯底101上，并由于其良好的反射率和導(dǎo)電特性，使得器件均勻發(fā)光，進(jìn)而使得器件的光提取效率大大增加。所述P型金屬電極10的金屬支撐襯底101的材料為銅、鎳、銅鎳合金、銅鎢合金或鎳鈷合金，其厚度為 50 μ m-300 μ m。所述ρ型金屬電極10的金屬反射鏡102的材料為鎳/銀/鉬/金、鎳/銀 /金、鎳/銀/鎳/金、鈦/鋁/鈦/金、鈦/銀/鈦/金、鋁/銀/金或鋁/鈦/金中的一種材料，其厚度為lOOnm-2 μ m ；—空穴注入層11，該空穴注入層11制作在P型金屬電極10的金屬反射鏡102上， 所述空穴注入層11選自于摻鎂的P型氮化鎵材料，厚度為100nm-500nm ；一電子阻擋層12，該電子阻擋層12制作在空穴注入層11上。該電子阻擋層12將電子限制在發(fā)光區(qū)內(nèi)，降低由于電子泄漏所導(dǎo)致的非輻射復(fù)合幾率，增加器件的內(nèi)量子效率。所述電子阻擋層12選自于AlxGiVxN材料，其中0彡χ彡1，厚度為5nm-50nm ；一發(fā)光層13，該發(fā)光層13制作在空穴阻擋層12上，所述發(fā)光層13包括m個氮化銦鎵量子阱與m+1個氮化鎵量子勢壘，每個氮化銦鎵量子阱上下兩側(cè)都有一個氮化鎵量子勢壘，其中m彡1 ；一電子限制層14，該電子限制層14制作在發(fā)光層13上。該電子限制層將高速遷移的電子減速，降低電子通過發(fā)光層13進(jìn)入空穴注入層11的概率，提高載流子在發(fā)光區(qū)的輻射復(fù)合效率，增加載流子的注入效率。所述電子限制層14選自于AlzGa1J材料，其中 0≤ζ≤1 ；一電子注入層15，該電子注入層15制作在電子限制層14上，電子注入層15選自于摻硅的η型氮化鎵材料，厚度為1 μ m-5 μ m ；一電流擴(kuò)展層16，該電流擴(kuò)展層16制作在電子注入層15上。該電流擴(kuò)展層利用石墨烯的高導(dǎo)電性和高透過率，使得注入的電流能夠在電子注入層上均勻分布，提高器件的發(fā)光效率。所述電流擴(kuò)展層16選自于單層或多層石墨烯薄膜材料；兩個η型金屬電極17，制作在電流擴(kuò)展層16上，所述η型金屬電極17選自于包括鎳/金、鎳/銀/金、鎳/銀/鎳/金、鎳/銀/鉬/金、鈦/金、鈦/銀/金、鈦/鋁/鈦/ 金、鈦/銀/鈦/金、鋁/鈦/金、鉻/鉬/金或鉻/銀/金中的一種材料，該兩個η型金屬電極17覆蓋一部分電流擴(kuò)展層16。實施例結(jié)合采用圖1和圖2，一種應(yīng)用石墨烯薄膜電流擴(kuò)展層的氮化鎵基垂直結(jié)構(gòu)LED， 包括一 ρ型金屬電極10，該ρ型金屬電極10包括100 μ m厚的銅金屬支撐襯底101，以及制作在金屬支撐襯底101上的鎳/銀/鉬/金(0. 5/50/50/400nm)金屬反射鏡102 ；一厚度為IOOnm的ρ型氮化鎵材料空穴注入層11 ；一厚度為20nm的Ala2Giia8N電子阻擋層12，該電子阻擋層12制作在空穴注入層 11上；一厚度為IOOnm的發(fā)光層13，該發(fā)光層13制作在電子阻擋層12上，所述發(fā)光層 13包括5個氮化銦鎵量子阱與6個氮化鎵量子勢壘，每個氮化銦鎵量子阱上下兩側(cè)都有一個氮化鎵量子勢壘；一厚度為IOnm的Alai5Giia85N電子限制層14，該電子限制層14制作在發(fā)光層13 上；一厚度為2 μ m的摻硅的η型氮化鎵電子注入層15，該電子注入層15制作在電子限制層14上；一單層或多層石墨烯電流擴(kuò)展層16，該電流擴(kuò)展層16制作在電子限制層15上；兩個η型金屬電極17，其金屬體系為鈦/鋁/鈦/金(0. 5/50/50/1. 5 μ m),制作在石墨烯電流擴(kuò)展層16上。以上所述，僅為本發(fā)明中的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉該技術(shù)的人在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變換或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的包含范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種應(yīng)用石墨烯薄膜電流擴(kuò)展層的氮化鎵基垂直結(jié)構(gòu)LED，包括一 P型金屬電極，該P(yáng)型金屬電極包括一金屬支撐襯底，以及制作在金屬支撐襯底上的金屬反射鏡；一空穴注入層，該空穴注入層制作在P型金屬電極的金屬反射鏡上；一電子阻擋層，該電子阻擋層制作在空穴注入層上；一發(fā)光層，該發(fā)光層制作在電子阻擋層上；一電子限制層，該電子限制層制作在發(fā)光層上；一電子注入層，該電子注入層制作在電子限制層上；一電流擴(kuò)展層，該電流擴(kuò)展層制作在電子限制層上；兩個η型金屬電極，制作在電流擴(kuò)展層上，覆蓋一部分電流擴(kuò)展層。
2.如權(quán)利要求1所述的應(yīng)用石墨烯薄膜電流擴(kuò)展層的氮化鎵基垂直結(jié)構(gòu)LED，其中所述P型金屬電極的金屬支撐襯底的材料為銅、鎳、銅鎳合金、銅鎢合金或鎳鈷合金。
3.如權(quán)利要求1所述的應(yīng)用石墨烯薄膜電流擴(kuò)展層的氮化鎵基垂直結(jié)構(gòu)LED，其中所述P型金屬電極的金屬反射鏡的材料為鎳/銀/鉬/金、鎳/銀/金、鎳/銀/鎳/金、鈦 /鋁/鈦/金、鈦/銀/鈦/金、鋁/銀/金或鋁/鈦/金中的一種材料。
4.如權(quán)利要求1所述的應(yīng)用石墨烯薄膜電流擴(kuò)展層的氮化鎵基垂直結(jié)構(gòu)LED，其中所述空穴注入層選自于摻鎂的P型氮化鎵材料。
5.如權(quán)利要求1所述的應(yīng)用石墨烯薄膜電流擴(kuò)展層的氮化鎵基垂直結(jié)構(gòu)LED，其中所述電子阻擋層選自于AlxGi^xN材料，其中0彡χ彡1。
6.如權(quán)利要求1所述的應(yīng)用石墨烯薄膜電流擴(kuò)展層的氮化鎵基垂直結(jié)構(gòu)LED，其中所述發(fā)光層包括m個氮化銦鎵量子阱與m+1個氮化鎵量子勢壘，每個氮化銦鎵量子阱上下兩側(cè)都有一個氮化鎵量子勢壘，其中m > 1。
7.如權(quán)利要求1所述的應(yīng)用石墨烯薄膜電流擴(kuò)展層的氮化鎵基垂直結(jié)構(gòu)LED，其中所述電子限制層選自于AlzGi^zN材料，其中0 < ζ < 1。
8.如權(quán)利要求1所述的應(yīng)用石墨烯薄膜電流擴(kuò)展層的氮化鎵基垂直結(jié)構(gòu)LED，其中所述電子注入層選自于摻硅的η型氮化鎵材料。
9.如權(quán)利要求1所述的應(yīng)用石墨烯薄膜電流擴(kuò)展層的氮化鎵基垂直結(jié)構(gòu)LED，其中所述電流擴(kuò)展層選自于單層或多層石墨烯薄膜材料。
10.如權(quán)利要求1所述的應(yīng)用石墨烯薄膜電流擴(kuò)展層的氮化鎵基垂直結(jié)構(gòu)LED，其中所述η型金屬電極選自于包括鎳/金、鎳/銀/金、鎳/銀/鎳/金、鎳/銀/鉬/金、鈦/金、 鈦/銀/金、鈦/招/鈦/金、鈦/銀/鈦/金、鋁/鈦/金、鉻/鉬/金或鉻/銀/金中的一種材料。
全文摘要
一種應(yīng)用石墨烯薄膜電流擴(kuò)展層的氮化鎵基垂直結(jié)構(gòu)LED，包括一p型金屬電極，該p型金屬電極包括一金屬支撐襯底，以及制作在金屬支撐襯底上的金屬反射鏡；一空穴注入層，該空穴注入層制作在P型金屬電極的金屬反射鏡上；一電子阻擋層，該電子阻擋層制作在空穴注入層上；一發(fā)光層，該發(fā)光層制作在電子阻擋層上；一電子限制層，該電子限制層制作在發(fā)光層上；一電子注入層，該電子注入層制作在電子限制層上；一電流擴(kuò)展層，該電流擴(kuò)展層制作在電子限制層上；兩個n型金屬電極，制作在電流擴(kuò)展層上，覆蓋一部分電流擴(kuò)展層。
文檔編號H01L33/14GK102214753SQ20111014759
公開日2011年10月12日 申請日期2011年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月2日
發(fā)明者伊?xí)匝? 孫波, 張逸韻, 汪煉成, 王國宏, 郭恩卿 申請人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所