一種石墨烯led芯片及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及LED芯片技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種石墨烯LED芯片及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]LED是利用注入有源區(qū)載流子的自發(fā)輻射復(fù)合而發(fā)光。LED具有安全可靠、節(jié)能環(huán)保、壽命長、響應(yīng)快、體積小、色域豐富等優(yōu)點(diǎn)，因此LED在固體照明、顯示屏、交通信號燈等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。現(xiàn)有的LED芯片制作，主要是采用MOCVD法，在藍(lán)寶石或碳化硅襯底上外延生長，隨著LED功率的不斷增大，散熱問題變的越來越突出，傳統(tǒng)的LED由于藍(lán)寶石不導(dǎo)電，所以電極只能做在同側(cè)，這就使得出現(xiàn)了電流擁堵效應(yīng)，降低了LED的壽命，并且由于藍(lán)寶石襯底導(dǎo)熱性能差，使得LED結(jié)溫升高、性能下降、壽命降低。
[0003]石墨烯是單原子層的石墨片，具有優(yōu)異的電學(xué)性質(zhì)，其電子迀移率高達(dá)100，000cm2V-ls_l，最早于2004年由英國曼徹斯特大學(xué)的科學(xué)家制備出來。單層石墨稀中的電子在狄拉克點(diǎn)附近具有線性的色散關(guān)系，屬于無質(zhì)量的狄拉克費(fèi)米子，其費(fèi)米速度為光速的1/300。石墨烯的電阻率極低，電子迀移的速度極快，因此被期待可用來發(fā)展出更薄、導(dǎo)電速度更快的新一代電子元件或晶體管。
[0004]中國專利(CN103258926A)公開了一種LED垂直芯片結(jié)構(gòu)，所述LED垂直芯片結(jié)構(gòu)自下到上依次設(shè)有襯底、石墨稀層、ZnO納米墻/GaN、n_GaN層、InGaN/GaN多量子講及p-GaN。該專利利用石墨烯層進(jìn)行發(fā)光和導(dǎo)熱，，復(fù)合基板的導(dǎo)熱系數(shù)更大，此襯底結(jié)構(gòu)使得功率LED工作產(chǎn)生的熱量能很好的散掉，并且相比傳統(tǒng)藍(lán)寶石結(jié)構(gòu)LED，該發(fā)明具有垂直結(jié)構(gòu)LED的優(yōu)點(diǎn)，比如:電流分布均勻，發(fā)光面積更大等。但是，該專利的GaN電極無法制作出較薄的厚度，因此由于厚度過大而導(dǎo)致透光性和導(dǎo)電性均較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)之不足，本發(fā)明提供一種石墨烯LED芯片的制備方法，其特征在于，所述制備方法至少包括如下步驟:
[0006]將經(jīng)過硫酸水溶液浸泡并涂布于基板的石墨烯薄膜干燥后形成石墨烯透明下電極；
[0007]采用原子力顯微鏡制造包括至少一個石墨烯納米帶的具有超晶格結(jié)構(gòu)的石墨烯層，或者
[0008]通過氧化還原并透析的方式制備由石墨烯量子點(diǎn)形成具有超晶格結(jié)構(gòu)的石墨烯層；
[0009]將石墨烯層設(shè)置在石墨烯透明下電極上，從而使得石墨烯層與所述基板之間設(shè)置有石墨烯透明下電極；
[0010]在石墨烯層上依次設(shè)置P型半導(dǎo)體層和N型半導(dǎo)體層，使得具有超晶格結(jié)構(gòu)的石墨烯層設(shè)置在所述基板和由含有摻雜元素的石墨烯形成的所述P型半導(dǎo)體層之間；以及
[0011]將石墨烯透明電極作為石墨烯透明上電極設(shè)置在N型半導(dǎo)體層上，使得所述N型半導(dǎo)體層設(shè)置在所述P型半導(dǎo)體層和由石墨烯透明電極形成的石墨烯透明上電極之間。
[0012]根據(jù)一個優(yōu)選實(shí)施方式，制備包括至少一個石墨烯納米帶的具有超晶格結(jié)構(gòu)的石墨烯層的方法包括:
[0013]將石墨烯薄膜轉(zhuǎn)移到具有氧化層的硅片基底上并定位；
[0014]將與石墨烯相連的電極和硅片基底的附加電極連接以導(dǎo)通電流；
[0015]在所述石墨烯薄膜的指定周期位置使用處于脈沖電壓下的針尖進(jìn)行打點(diǎn)以形成周期性排布的孔洞，所述脈沖電壓為-5V?15V;
[0016]利用含氫等離子體對所述石墨烯薄膜進(jìn)行各向異性刻蝕，使石墨烯薄膜的納米帶形成縱向具有鋸齒邊緣的周期性納米帶，從而得到超晶格多孔石墨烯結(jié)構(gòu)；
[0017]通過氧化還原并透析的方式制備由石墨烯量子點(diǎn)形成具有超晶格結(jié)構(gòu)的石墨烯層方法包括:
[0018]氧化石墨烯薄膜從而形成石墨烯氧化物；
[0019]以熱量還原石墨烯氧化物后再次對還原產(chǎn)物進(jìn)行氧化得到石墨烯板；
[0020]通過超聲粉碎并經(jīng)由透析膜透析后過濾得到預(yù)定尺寸的石墨烯量子點(diǎn)。
[0021 ]根據(jù)本發(fā)明的有一個方面，本發(fā)明提供一種石墨烯LED芯片，包括基底、石墨烯層、P型半導(dǎo)體層和N型半導(dǎo)體層，其特征在于，
[0022]具有超晶格結(jié)構(gòu)的石墨烯層設(shè)置在所述基板和由含有摻雜元素的石墨烯形成的所述P型半導(dǎo)體層之間，所述N型半導(dǎo)體層設(shè)置在所述P型半導(dǎo)體層和由石墨烯透明電極形成的石墨烯透明上電極之間，其中，所述石墨烯層與所述基板之間設(shè)置有石墨烯透明下電極。
[0023]根據(jù)一個優(yōu)選實(shí)施方式，具有超晶格結(jié)構(gòu)的石墨烯層為具有多量子勢阱且至少包括一個具有周期性變化寬度的石墨烯納米帶的石墨烯納米帶層，所述石墨烯納米帶基于電子和空穴在石墨烯層中的移動產(chǎn)生彼此重組從而發(fā)出光子。
[0024]根據(jù)一個優(yōu)選實(shí)施方式，具有超晶格結(jié)構(gòu)的石墨烯層為規(guī)則布置的納米尺寸的量子點(diǎn)形成的石墨烯量子點(diǎn)層，所述石墨烯量子點(diǎn)層基于量子點(diǎn)的不同尺寸發(fā)射出對應(yīng)的波長的光。
[0025]根據(jù)一個優(yōu)選實(shí)施方式，所述石墨烯納米帶層的相對邊緣均具有鋸齒形形狀，所述鋸齒為三角形或者矩形。
[0026]根據(jù)一個優(yōu)選實(shí)施方式，所述石墨烯量子點(diǎn)層基于量子點(diǎn)的尺寸和形狀發(fā)出對應(yīng)的波長范圍的光。
[0027]根據(jù)一個優(yōu)選實(shí)施方式，所述石墨烯量子點(diǎn)層基于至少一種量子點(diǎn)的形狀和尺寸的規(guī)則布置發(fā)射出對應(yīng)的至少一種波長的光。
[0028]根據(jù)一個優(yōu)選實(shí)施方式，所述石墨烯量子點(diǎn)的表面或邊緣附接有能夠控制發(fā)光波長或光致特性的官能團(tuán)或雙功能分子。
[0029]根據(jù)一個優(yōu)選實(shí)施方式，所述石墨烯LED芯片包括柔性的基板、石墨烯層、石墨烯量子點(diǎn)層，由石墨烯透明電極形成的陰極和陽極，其中，
[0030]作為空穴層的石墨烯層設(shè)置在基板上方的陰極上，作為發(fā)光層的石墨烯量子點(diǎn)層設(shè)置在石墨烯層和陽極之間，石墨烯層與石墨烯量子點(diǎn)層之間采用一端與石墨烯層相接且另外一端與石墨烯量子點(diǎn)層相接的雙功能分子以自組裝方式連接，石墨烯層的空間結(jié)構(gòu)與陰極呈水平或豎直連接，量子點(diǎn)表面包裹有羧基、氨基、羥基、硅烷基中的至少一種官能團(tuán)。
[0031]本發(fā)明的有益技術(shù)效果:
[0032]本發(fā)明的石墨烯LED芯片包含有石墨烯透明電極，其透光率及片電阻的特性皆優(yōu)于ITO透明電極，且石墨烯透明電極厚度更薄。此外，本發(fā)明的方法所制得的石墨烯發(fā)光二極管，其以石墨烯作為透明電極，若更搭配含硼的石墨烯層作為P型半導(dǎo)體層，以及白石墨作為N型半導(dǎo)體層，可使石墨烯發(fā)光二極管的整體厚度更加薄化，符合現(xiàn)代對電子產(chǎn)品的輕薄特性的要求。本發(fā)明通過具有超晶格結(jié)構(gòu)的石墨烯作為發(fā)光層，光線不易被吸收，具有更高的發(fā)射率。
【附圖說明】
[0033]圖1是本發(fā)明的一種石墨烯LED芯片的側(cè)視圖；
[0034]圖2是本發(fā)明優(yōu)選的一種石墨烯納米帶的示意圖；
[0035]圖3是本發(fā)明優(yōu)選的一種石墨烯量子點(diǎn)的布置示意圖；
[0036]圖4是本發(fā)明優(yōu)選的一種石墨烯量子點(diǎn)的布置示意圖；
[0037]圖5是本發(fā)明的石墨烯量子點(diǎn)的形狀示意圖；
[0038]圖6是本發(fā)明優(yōu)選的一種石墨烯LED芯片的側(cè)視圖；
[0039]圖7是本發(fā)明的一種石墨烯LED芯片制備方法流程圖；
[0040]圖8是具有超晶格結(jié)構(gòu)的石墨烯層的制備方法流程圖；和[0041 ]圖9是本發(fā)明優(yōu)選的一種石墨烯LED芯片制備方法流程圖。
[0042]附圖標(biāo)記列表
[0043]10:基底21:石墨烯透明下電極 22:石墨烯透明上電極
[0044]30:石墨烯層31:P