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CN102214753A - 应用石墨烯薄膜电流扩展层的氮化镓基垂直结构led - Google Patents

应用石墨烯薄膜电流扩展层的氮化镓基垂直结构led Download PDF

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郭恩卿
孙波
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Abstract

一种应用石墨烯薄膜电流扩展层的氮化镓基垂直结构LED，包括：一p型金属电极，该p型金属电极包括一金属支撑衬底，以及制作在金属支撑衬底上的金属反射镜；一空穴注入层，该空穴注入层制作在P型金属电极的金属反射镜上；一电子阻挡层，该电子阻挡层制作在空穴注入层上；一发光层，该发光层制作在电子阻挡层上；一电子限制层，该电子限制层制作在发光层上；一电子注入层，该电子注入层制作在电子限制层上；一电流扩展层，该电流扩展层制作在电子限制层上；两个n型金属电极，制作在电流扩展层上，覆盖一部分电流扩展层。

Description

应用石墨烯薄膜电流扩展层的氮化镓基垂直结构LED
技术领域
本发明属于半导体技术领域，特别是指一种应用石墨烯薄膜电流扩展层的氮化镓基垂直结构LED。
背景技术
垂直结构发光二极管通过热压键合、激光剥离等关键制备工艺，将氮化镓外延材料从蓝宝石衬底上转移到金属、硅、碳化硅等具有良好电、热传导特性的衬底材料上，使得器件电极上下垂直分布、电流沿垂直方向注入从而解决了正装、倒装结构氮化镓基发光二极管器件中因为电极平面分布、电流横向注入所导致的诸如散热、电流分布不均匀、可靠性差等一系列问题。由于垂直结构发光二极管多采用金属电极，其为吸光材料，且其面积越大遮光面也越大，从而导致器件电光转化效率的下降。如果通过降低金属电极面积来提高光输出功率，则会使得注入电流分布不均匀、金属电极与氮化镓接触特性下降，从而使得氮化镓与金属电极接触电压上升、注入电流扩展均匀性下降，这都会严重影响氮化镓发光二极管的光电特性。且金属材料价格昂贵，使得器件制备成本升高。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种应用石墨烯薄膜电流扩展层的氮化镓基垂直结构LED，其是在垂直结构发光二极管中运用石墨烯材料的高光透过率以及良好的导电特性做来代替现有的金属电极，从而起到电流扩展层的作用，这既能提高发光二极管的发光效率，且有利于降低器件制备成本。
本发明提供一种应用石墨烯薄膜电流扩展层的氮化镓基垂直结构LED，包括：
一p型金属电极，该p型金属电极包括一金属支撑衬底，以及制作在金属支撑衬底上的金属反射镜；
一空穴注入层，该空穴注入层制作在P型金属电极的金属反射镜上；
一电子阻挡层，该电子阻挡层制作在空穴注入层上；
一发光层，该发光层制作在电子阻挡层上；
一电子限制层，该电子限制层制作在发光层上；
一电子注入层，该电子注入层制作在电子限制层上；
一电流扩展层，该电流扩展层制作在电子限制层上；
两个n型金属电极，制作在电流扩展层上，覆盖一部分电流扩展层。
其中所述p型金属电极的金属支撑衬底的材料为铜、镍、铜镍合金、铜钨合金或镍钴合金。
其中所述p型金属电极的金属反射镜的材料为镍/银/铂/金、镍/银/金、镍/银/镍/金、钛/铝/钛/金、钛/银/钛/金、铝/银/金或铝/钛/金中的一种材料。
其中所述空穴注入层选自于掺镁的p型氮化镓材料。
其中所述电子阻挡层选自于AlxGa1-xN材料，其中0≤x≤1。
其中所述发光层包括m个氮化铟镓量子阱与m+1个氮化镓量子势垒，每个氮化铟镓量子阱上下两侧都有一个氮化镓量子势垒，其中m≥1。
其中所述电子限制层选自于AlzGa1-zN材料，其中0≤z≤1。
其中所述电子注入层选自于掺硅的n型氮化镓材料。
其中所述电流扩展层选自于单层或多层石墨烯薄膜材料。
其中所述n型金属电极选自于包括镍/金、镍/银/金、镍/银/镍/金、镍/银/铂/金、钛/金、钛/银/金、钛/铝/钛/金、钛/银/钛/金、铝/钛/金、铬/铂/金或铬/银/金中的一种材料。
附图说明
为使审查员能进一步了解本发明的结构、特征及其目的，以下结合附图及较佳具体实施例的详细说明如后，其中：
图1为此垂直结构发光二极管侧面示意图；
图2为此垂直结构发光二极管立体示意图。
具体实施方式
请参照图1和图2所示，所述一种应用石墨烯薄膜电流扩展层的氮化镓基垂直结构LED，包括：
一p型金属电极10，该p型金属电极10包括一金属支撑衬底101，以及制作在金属支撑衬底101上的金属反射镜102，所述金属支撑衬底101起到支撑外延材料及器件散热的作用，而金属反射镜102将GaN材料牢固的黏附于金属支撑衬底101上，并由于其良好的反射率和导电特性，使得器件均匀发光，进而使得器件的光提取效率大大增加。所述p型金属电极10的金属支撑衬底101的材料为铜、镍、铜镍合金、铜钨合金或镍钴合金，其厚度为50μm-300μm。所述p型金属电极10的金属反射镜102的材料为镍/银/铂/金、镍/银/金、镍/银/镍/金、钛/铝/钛/金、钛/银/钛/金、铝/银/金或铝/钛/金中的一种材料，其厚度为100nm-2μm；
一空穴注入层11，该空穴注入层11制作在P型金属电极10的金属反射镜102上，所述空穴注入层11选自于掺镁的p型氮化镓材料，厚度为100nm-500nm；
一电子阻挡层12，该电子阻挡层12制作在空穴注入层11上。该电子阻挡层12将电子限制在发光区内，降低由于电子泄漏所导致的非辐射复合几率，增加器件的内量子效率。所述电子阻挡层12选自于AlxGa1-xN材料，其中0≤x≤1，厚度为5nm-50nm；
一发光层13，该发光层13制作在空穴阻挡层12上，所述发光层13包括m个氮化铟镓量子阱与m+1个氮化镓量子势垒，每个氮化铟镓量子阱上下两侧都有一个氮化镓量子势垒，其中m≥1；
一电子限制层14，该电子限制层14制作在发光层13上。该电子限制层将高速迁移的电子减速，降低电子通过发光层13进入空穴注入层11的概率，提高载流子在发光区的辐射复合效率，增加载流子的注入效率。所述电子限制层14选自于AlzGa1-zN材料，其中0≤z≤1；
一电子注入层15，该电子注入层15制作在电子限制层14上，电子注入层15选自于掺硅的n型氮化镓材料，厚度为1μm-5μm；
一电流扩展层16，该电流扩展层16制作在电子注入层15上。该电流扩展层利用石墨烯的高导电性和高透过率，使得注入的电流能够在电子注入层上均匀分布，提高器件的发光效率。所述电流扩展层16选自于单层或多层石墨烯薄膜材料；
两个n型金属电极17，制作在电流扩展层16上，所述n型金属电极17选自于包括镍/金、镍/银/金、镍/银/镍/金、镍/银/铂/金、钛/金、钛/银/金、钛/铝/钛/金、钛/银/钛/金、铝/钛/金、铬/铂/金或铬/银/金中的一种材料，该两个n型金属电极17覆盖一部分电流扩展层16。
实施例：
结合采用图1和图2，一种应用石墨烯薄膜电流扩展层的氮化镓基垂直结构LED，包括：
一p型金属电极10，该p型金属电极10包括100μm厚的铜金属支撑衬底101，以及制作在金属支撑衬底101上的镍/银/铂/金(0.5/50/50/400nm)金属反射镜102；
一厚度为100nm的p型氮化镓材料空穴注入层11；
一厚度为20nm的Al0.2Ga0.8N电子阻挡层12，该电子阻挡层12制作在空穴注入层11上；
一厚度为100nm的发光层13，该发光层13制作在电子阻挡层12上，所述发光层13包括5个氮化铟镓量子阱与6个氮化镓量子势垒，每个氮化铟镓量子阱上下两侧都有一个氮化镓量子势垒；
一厚度为10nm的Al0.15Ga0.85N电子限制层14，该电子限制层14制作在发光层13上；
一厚度为2μm的掺硅的n型氮化镓电子注入层15，该电子注入层15制作在电子限制层14上；
一单层或多层石墨烯电流扩展层16，该电流扩展层16制作在电子限制层15上；
两个n型金属电极17，其金属体系为钛/铝/钛/金(0.5/50/50/1.5μm)，制作在石墨烯电流扩展层16上。
以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种应用石墨烯薄膜电流扩展层的氮化镓基垂直结构LED，包括：
一p型金属电极，该p型金属电极包括一金属支撑衬底，以及制作在金属支撑衬底上的金属反射镜；
一空穴注入层，该空穴注入层制作在P型金属电极的金属反射镜上；
一电子阻挡层，该电子阻挡层制作在空穴注入层上；
一发光层，该发光层制作在电子阻挡层上；
一电子限制层，该电子限制层制作在发光层上；
一电子注入层，该电子注入层制作在电子限制层上；
一电流扩展层，该电流扩展层制作在电子限制层上；
两个n型金属电极，制作在电流扩展层上，覆盖一部分电流扩展层。
2.如权利要求1所述的应用石墨烯薄膜电流扩展层的氮化镓基垂直结构LED，其中所述p型金属电极的金属支撑衬底的材料为铜、镍、铜镍合金、铜钨合金或镍钴合金。
3.如权利要求1所述的应用石墨烯薄膜电流扩展层的氮化镓基垂直结构LED，其中所述p型金属电极的金属反射镜的材料为镍/银/铂/金、镍/银/金、镍/银/镍/金、钛/铝/钛/金、钛/银/钛/金、铝/银/金或铝/钛/金中的一种材料。
4.如权利要求1所述的应用石墨烯薄膜电流扩展层的氮化镓基垂直结构LED，其中所述空穴注入层选自于掺镁的p型氮化镓材料。
5.如权利要求1所述的应用石墨烯薄膜电流扩展层的氮化镓基垂直结构LED，其中所述电子阻挡层选自于AlxGa1-xN材料，其中0≤x≤1。
6.如权利要求1所述的应用石墨烯薄膜电流扩展层的氮化镓基垂直结构LED，其中所述发光层包括m个氮化铟镓量子阱与m+1个氮化镓量子势垒，每个氮化铟镓量子阱上下两侧都有一个氮化镓量子势垒，其中m≥1。
7.如权利要求1所述的应用石墨烯薄膜电流扩展层的氮化镓基垂直结构LED，其中所述电子限制层选自于AlzGa1-zN材料，其中0＜z＜1。
8.如权利要求1所述的应用石墨烯薄膜电流扩展层的氮化镓基垂直结构LED，其中所述电子注入层选自于掺硅的n型氮化镓材料。
9.如权利要求1所述的应用石墨烯薄膜电流扩展层的氮化镓基垂直结构LED，其中所述电流扩展层选自于单层或多层石墨烯薄膜材料。
10.如权利要求1所述的应用石墨烯薄膜电流扩展层的氮化镓基垂直结构LED，其中所述n型金属电极选自于包括镍/金、镍/银/金、镍/银/镍/金、镍/银/铂/金、钛/金、钛/银/金、钛/铝/钛/金、钛/银/钛/金、铝/钛/金、铬/铂/金或铬/银/金中的一种材料。
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