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石墨烯/氮化鎵/金屬納米顆粒雙向發(fā)光二極管及其制備方法與流程

文檔序號:11925793閱讀:295來源:國知局
石墨烯/氮化鎵/金屬納米顆粒雙向發(fā)光二極管及其制備方法與流程

本發(fā)明涉及一種發(fā)光二極管及其制造方法,尤其涉及一種石墨烯/氮化鎵/金屬納米顆粒雙向發(fā)光二極管及其制造方法,屬于發(fā)光二極管領域。



背景技術(shù):

固態(tài)發(fā)光二極管是一種新型光源,以其壽命長、重量輕、體積小和污染低的優(yōu)點,現(xiàn)在已經(jīng)被廣泛應用到照明,顯示等多個方面方面。傳統(tǒng)的紫光和白光二極管是基于氮化鎵半導體,通過金屬有機化合物化學氣相沉淀技術(shù)制備,工藝復雜,成本高昂。我們用石墨烯取代一部分氮化鎵。石墨烯透明度高,并且石墨烯與氮化鎵形成的異質(zhì)結(jié)位于半導體表面,因此可以采用各種方法增強其發(fā)光。其中金屬納米顆粒的表面等離子體增強可大幅提高器件的發(fā)光強度。在此基礎上,本發(fā)明提出了石墨烯/氮化鎵/金屬納米顆粒結(jié)構(gòu),并利用簡單工藝實現(xiàn)了所述發(fā)光二極管的制備。該發(fā)光二極管正反偏壓下均可工作,石墨烯接正電壓時發(fā)出藍黃綠混合光,石墨烯接負電壓時發(fā)純凈藍光。



技術(shù)實現(xiàn)要素:

本發(fā)明的目的在于提供一種亮度高,工藝簡單的石墨烯/氮化鎵/金屬納米顆粒雙向發(fā)光二極管及其制備方法,該發(fā)光二極管正反偏壓下均可工作,石墨烯接正電壓時發(fā)出藍黃綠混合光,石墨烯接負電壓時發(fā)純凈藍光。

本發(fā)明的石墨烯/氮化鎵/金屬納米顆粒雙向發(fā)光二極管,自下而上依次有藍寶石襯底層或硅襯底層、氮化鎵層、石墨烯層、金屬納米顆粒層,在石墨烯層上設有正面電極,在氮化鎵層上還設有側(cè)面電極,所述的氮化鎵層為p型多晶材料,厚度為2~10μm。

上述技術(shù)方案中,所述的金屬納米顆粒為金、鈀、銀、鈦、鉻、鎳的一種或幾種的復合納米顆粒,直徑為5~200nm。

所述的正面電極為金、鈀、銀、鈦、鉻、鎳的一種或者幾種的復合電極。

所述的側(cè)面電極為金、鈀、銀、鈦、鉻、鎳的一種或者幾種的復合電極。

所述的石墨烯的厚度為1-10層。

制備上述的石墨烯/氮化鎵/金屬納米顆粒雙向發(fā)光二極管的方法,包括如下步驟:

1)在藍寶石或硅襯底上用金屬化學氣相沉積法生長P型氮化鎵外延層;

2)在步驟1)所得氮化鎵片上用電子束蒸發(fā)鍍膜方法沉積側(cè)面電極,并預留面積;

3)將步驟2)所得氮化鎵片進行表面清洗并干燥表面;

4)將石墨烯轉(zhuǎn)移至步驟3)處理后的氮化鎵片的預留面積處;

5)在石墨烯層上制作正面電極,并預留面積;

6)將金屬納米顆粒旋涂至步驟5)的石墨烯上預留面積處。

與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明具有的有益效果是:本發(fā)明的單個器件可發(fā)出多種波長的光,即在正反偏壓下均可工作,石墨烯接正電壓時發(fā)出黃綠光,石墨烯接負電壓時發(fā)藍光,且該發(fā)光二極管亮度高,工藝簡單,成本低。

附圖說明

圖1為石墨烯/氮化鎵/金屬納米顆粒雙向發(fā)光二極管截面圖;

圖2為石墨烯/氮化鎵/金屬納米顆粒雙向發(fā)光二極管俯視圖;

圖3為石墨烯/氮化鎵/金屬納米顆粒雙向發(fā)光二極管的IV曲線圖;

圖4為石墨烯接正偏壓時的發(fā)光圖;

圖5為石墨烯接正偏壓時的發(fā)光光譜;

圖6為石墨烯接負偏壓時的發(fā)光圖;

圖7為石墨烯接負偏壓時的發(fā)光光譜。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖進一步說明本發(fā)明。

參照圖1、2,本發(fā)明的石墨烯/氮化鎵/金屬納米顆粒雙向發(fā)光二極管自下而上依次有藍寶石襯底層或硅襯底層1、p型的氮化鎵層2、石墨烯層3、金屬納米顆粒層4,在石墨烯層3上設有正面電極5,在氮化鎵層2上還設有側(cè)面電極6,所述的氮化鎵層為p型多晶材料,厚度為2~10μm。圖3為本發(fā)明制得的發(fā)光二極管的IV曲線圖、圖4為石墨烯接正偏壓時的發(fā)光圖;圖5為石墨烯接正偏壓時的發(fā)光光譜;圖6為石墨烯接負偏壓時的發(fā)光圖;圖7為石墨烯接負偏壓時的發(fā)光光譜??梢钥闯鲈摪l(fā)光二極管可以實現(xiàn)雙向發(fā)光,單個器件可發(fā)出多種波長的光,即在正反偏壓下均可工作,石墨烯接正電壓時發(fā)出藍黃綠混合光,石墨烯接負電壓時發(fā)純凈藍光。

實施例1

1)在藍寶石襯底上用金屬化學氣相沉積法生長P型多晶氮化鎵外延層,厚度2μm;

2)在氮化鎵外延片一側(cè)利用電子束蒸發(fā)法沉積鈦金電極;

3)將得到的樣品依次浸入去離子水,丙酮和異丙醇中進行表面清洗;

4)將單層石墨烯轉(zhuǎn)移至清洗干凈的氮化鎵晶片上;

5)在石墨烯上利用熱蒸發(fā)工藝沉積銀電極;

6)將直徑100nm銀納米顆粒勻涂至石墨烯上,得到石墨烯/氮化鎵/銀納米顆粒雙向發(fā)光二極管。

實施例2

1)在硅襯底上用金屬化學氣相沉積法生長P型多晶氮化鎵外延層,厚度4μm;

2)在氮化鎵外延片一側(cè)利用電子束蒸發(fā)法沉積鎳金電極;

3)將得到的樣品依次浸入去離子水,丙酮和異丙醇中進行表面清洗;

4)將雙層石墨烯轉(zhuǎn)移至清洗干凈的氮化鎵晶片上;

5)在石墨烯上利用熱蒸發(fā)工藝沉積金電極;

6)將50nm直徑金納米顆粒勻涂至石墨烯上得到石墨烯/氮化鎵/金納米顆粒雙向發(fā)光二極管。

實施例3

1)在硅襯底上用金屬化學氣相沉積法生長P型多晶氮化鎵外延層,厚度8μm;

2)在氮化鎵外延片一側(cè)利用電子束蒸發(fā)法沉積鈦金電極;

3)將得到的樣品依次浸入去離子水,丙酮和異丙醇中進行表面清洗;

4)將三層石墨烯轉(zhuǎn)移至至清洗干凈的氮化鎵晶片上;

5)在石墨烯上利用熱蒸發(fā)工藝沉積鈦電極;

6)將10nm直徑鈦納米顆粒勻涂至石墨烯上得到石墨烯/氮化鎵/鈦納米顆粒雙向發(fā)光二極管。

實施例4

1)在硅襯底上用金屬化學氣相沉積法生長P型多晶氮化鎵外延層,厚度10μm;

2)在氮化鎵外延片一側(cè)利用電子束蒸發(fā)法沉積鎳金電極;

3)將得到的樣品依次浸入去離子水,丙酮和異丙醇中進行表面清洗;

4)將五層石墨烯轉(zhuǎn)移至至清洗干凈的氮化鎵晶片上;

5)在石墨烯上利用熱蒸發(fā)工藝沉積銀電極;

6)將5nm直徑鉻納米顆粒勻涂至石墨烯上得到石墨烯/氮化鎵/鉻納米顆粒雙向發(fā)光二極管。

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