一种发光二极管的芯片及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种发光二极管的芯片及其制作方法，属于半导体技术领域。所述芯片包括衬底、未掺杂氮化铝缓冲层、未掺杂氮化镓层、N型氮化镓层、多量子阱层、P型电子阻挡层、P型氮化镓层、石墨烯薄膜层、N型电极、P型电极、多个二氧化钛纳米棒和多个银纳米颗粒，石墨烯薄膜层、P型氮化镓层、P型电子阻挡层、多量子阱层中设有从石墨烯薄膜层延伸至N型氮化镓层的凹槽，N型电极设置在凹槽内的N型氮化镓层上，P型电极设置在石墨烯薄膜层上，多个二氧化钛纳米棒以阵列方式布置在石墨烯薄膜层上，每个二氧化钛纳米棒的外壁均设置有多个银纳米颗粒。本发明专利技术能够明显提高LED的发光效率。

【技术实现步骤摘要】
一种发光二极管的芯片及其制作方法
本专利技术涉及半导体
，特别涉及一种发光二极管的芯片及其制作方法。
技术介绍
随着半导体技术的发展，发光二极管(英文：LightEmittingDiode，简称：LED)的发光效率不断提高，广泛应用于各种彩色显示屏、装饰灯、指示灯、白光照明灯，但LED的发光效率还没有达到理想的目标。LED的发光效率由内量子效率和光提取效率两方面决定，现有氮化镓基LED的内量子效率已经很高，所以想要进一步提高氮化镓基LED的发光效率，主要是提高LED的光提取效率。目前采用沉淀法在LED的电流扩展层上制作一层氧化锌种子层，再采用水热法在氧化锌种子层上生长氧化锌纳米棒阵列，氧化锌纳米棒阵列的结构可以增加出光面的粗糙度，减少全反射，从而提高光提取效率。在实现本专利技术的过程中，专利技术人发现现有技术至少存在以下问题：沉淀法制作的氧化锌种子层无法有效粘附在LED上，导致氧化锌种子层上生长的氧化锌纳米棒阵列容易从LED上脱落，无法有效提高LED的光提取效率。
技术实现思路
为了解决现有技术中增加氧化锌种子层及氧化锌纳米棒无法有效提高LED的光提取效率问题，本专利技术实施例提供了一种发光二极管的芯片及其制作方法。所述技术方案如下：一方面，本专利技术实施例提供了一种发光二极管的芯片，所述芯片包括衬底、以及依次层叠在所述衬底上的未掺杂氮化铝缓冲层、未掺杂氮化镓层、N型氮化镓层、多量子阱层、P型电子阻挡层、P型氮化镓层和石墨烯薄膜层，所述多量子阱层包括多个铟镓氮子层和多个氮化镓子层，所述多个铟镓氮子层和多个氮化镓子层交替层叠设置，所述石墨烯薄膜层、所述P型氮化镓层、所述P型电子阻挡层、所述多量子阱层中设有从所述石墨烯薄膜层延伸至所述N型氮化镓层的凹槽；所述芯片还包括N型电极和P型电极，所述N型电极设置在所述凹槽内的N型氮化镓层上，所述P型电极设置在所述石墨烯薄膜层上，所述芯片还包括多个二氧化钛纳米棒和多个银纳米颗粒，所述多个二氧化钛纳米棒以阵列方式布置在所述石墨烯薄膜层上，每个所述二氧化钛纳米棒的外壁均设置有多个所述银纳米颗粒。可选地，所述石墨烯薄膜层的厚度为10～150nm。可选地，所述二氧化钛纳米棒为圆柱体，所述圆柱体的直径为20～80nm。可选地，所述二氧化钛纳米棒的长度为300～500nm。另一方面，本专利技术实施例提供了一种发光二极管的芯片的制作方法，所述制作方法包括：提供一衬底；在所述衬底上依次生长未掺杂氮化铝缓冲层、未掺杂氮化镓层、N型氮化镓层、多量子阱层、P型电子阻挡层、P型氮化镓层，所述多量子阱层包括多个铟镓氮子层和多个氮化镓子层，所述多个铟镓氮子层和多个氮化镓子层交替层叠设置；在所述P型氮化镓层上形成石墨烯薄膜层；在所述石墨烯薄膜层、所述P型氮化镓层、所述P型电子阻挡层、所述多量子阱层中开设从所述石墨烯薄膜层延伸至所述N型氮化镓层的凹槽；在所述凹槽内的N型氮化镓层上设置N型电极，在所述石墨烯薄膜层上设置P型电极；在所述凹槽内、以及所述N型电极和所述P型电极上形成光刻胶；在所述石墨烯薄膜层和所述光刻胶上生长多个二氧化钛纳米棒，所述多个二氧化钛纳米棒以阵列方式布置在所述石墨烯薄膜层上；在每个所述二氧化钛纳米棒的外壁设置多个银纳米颗粒；去除所述光刻胶和所述光刻胶上的二氧化钛纳米棒。可选地，所述在所述P型氮化镓层上形成石墨烯薄膜层，包括：采用化学气相沉积技术在镍金属基板上制备石墨烯薄膜；在所述石墨烯薄膜上涂覆第一层聚甲基丙烯酸甲酯材料；采用金属腐蚀液溶解所述镍金属基板；移动所述第一层聚甲基丙烯酸甲酯材料，将所述石墨烯薄膜转移至所述P型GaN层上；在所述第一层聚甲基丙烯酸甲酯材料上涂覆第二层聚甲基丙烯酸甲酯材料，将所述石墨烯薄膜紧密贴合在所述P型GaN层上；加热所述第一层聚甲基丙烯酸甲酯材料和所述第二层聚甲基丙烯酸甲酯材料，将所述第一层聚甲基丙烯酸甲酯材料和所述第二层聚甲基丙烯酸甲酯材料紧密粘合；将所述第一层聚甲基丙烯酸甲酯材料和所述第二层聚甲基丙烯酸甲酯材料浸在丙酮溶液中加热去除。优选地，所述加热所述第一层聚甲基丙烯酸甲酯材料和所述第二层聚甲基丙烯酸甲酯材料的温度为105℃。优选地，所述加热所述第一层聚甲基丙烯酸甲酯材料和所述第二层聚甲基丙烯酸甲酯材料的时间为1～9分钟。可选地，所述在所述石墨烯薄膜层和所述光刻胶上生长多个二氧化钛纳米棒，包括：将所述衬底放置在盛放有钛酸四丁酯和盐酸的混合溶液的水热反应釜中，钛酸四丁酯和盐酸发生反应，在所述石墨烯薄膜层和所述光刻胶上生长多个二氧化钛纳米棒；在所述多个二氧化钛纳米棒生长完成之后，将所述混合溶液的温度恢复至所述水热反应釜所在的环境温度；从所述水热反应釜中取出所述衬底，采用去离子水进行冲洗，并采用氮气吹干。优选地，所述混合溶液中钛的浓度为0.02～0.2mol/L，所述混合溶液的pH值为6～8，反应的温度为100～200℃，反应的时间为1～10小时。本专利技术实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过将多个二氧化钛纳米棒以阵列方式布置在石墨烯薄膜层上，石墨烯具有极高的载流子浓度和载流子迁移率，出色的透光性，光透过率高达97％，一方面可以有效的实现电流的横向扩展，有效利用发光区域，另一方面对光的出射基本上没有影响，综合提高了LED的发光效率。而且二氧化钛绿色无毒、催化活性高、化学稳定性好、成本低廉，阵列布置的二氧化钛纳米棒与ZnO纳米棒一样，可以增加出光面的粗糙度，减少全反射，增加出光，同时二氧化钛纳米棒的形成可以直接在石墨烯薄膜层上生长，二氧化钛纳米棒牢牢粘附在石墨烯薄膜层上，可以确保有效提高LED的光提取效率，最终提高了LED的发光效率。另外，二氧化钛纳米棒上分布有银纳米颗粒，当LED内部产生的光从二氧化钛纳米棒和银纳米颗粒的分界面射出时，银纳米颗粒内的自由电子发生集体振荡，自由电子和光波耦合形成表面等离激元，光子和电子在频率一致时产生共振，光波得到增强，进一步提高了LED的发光效率。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例一提供的一种发光二极管的芯片的结构示意图；图2是本专利技术实施例二提供的一种发光二极管的芯片的制作方法的流程示意图；图3a-图3i是本专利技术实施例二提供的芯片制作过程中的结构示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。实施例一本专利技术实施例提供了一种发光二极管的芯片，参见图1，该芯片包括衬底1、以及依次层叠在衬底1上的未掺杂氮化铝缓冲层2、未掺杂氮化镓层3、N型氮化镓层4、多量子阱层5、P型电子阻挡层6、P型氮化镓层7、氧化铟锡(英文：IndiumTinOxide，简称：ITO)电流扩展层8。多量子阱层包括多个铟镓氮子层和多个氮化镓子层，多个铟镓氮子层和氮化镓子层交替层叠设置。石墨烯薄膜层、P型氮化镓层、P型电子阻挡层、多量子阱层中设有从石墨烯薄膜层延伸至N型氮化镓层的凹槽。该芯片还包括N型电极9和P型电极10，N型电极9设置在凹槽内的N型氮化镓层4上，P型电极1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发光二极管的芯片，所述芯片包括衬底、以及依次层叠在所述衬底上的未掺杂氮化铝缓冲层、未掺杂氮化镓层、N型氮化镓层、多量子阱层、P型电子阻挡层、P型氮化镓层和石墨烯薄膜层，所述多量子阱层包括多个铟镓氮子层和多个氮化镓子层，所述多个铟镓氮子层和多个氮化镓子层交替层叠设置，所述石墨烯薄膜层、所述P型氮化镓层、所述P型电子阻挡层、所述多量子阱层中设有从所述石墨烯薄膜层延伸至所述N型氮化镓层的凹槽；所述芯片还包括N型电极和P型电极，所述N型电极设置在所述凹槽内的N型氮化镓层上，所述P型电极设置在所述石墨烯薄膜层上，其特征在于，所述芯片还包括多个二氧化钛纳米棒和多个银纳米颗粒，所述多个二氧化钛纳米棒以阵列方式布置在所述石墨烯薄膜层上，每个所述二氧化钛纳米棒的外壁均设置有多个所述银纳米颗粒。

【技术特征摘要】
1.一种发光二极管的芯片，所述芯片包括衬底、以及依次层叠在所述衬底上的未掺杂氮化铝缓冲层、未掺杂氮化镓层、N型氮化镓层、多量子阱层、P型电子阻挡层、P型氮化镓层和石墨烯薄膜层，所述多量子阱层包括多个铟镓氮子层和多个氮化镓子层，所述多个铟镓氮子层和多个氮化镓子层交替层叠设置，所述石墨烯薄膜层、所述P型氮化镓层、所述P型电子阻挡层、所述多量子阱层中设有从所述石墨烯薄膜层延伸至所述N型氮化镓层的凹槽；所述芯片还包括N型电极和P型电极，所述N型电极设置在所述凹槽内的N型氮化镓层上，所述P型电极设置在所述石墨烯薄膜层上，其特征在于，所述芯片还包括多个二氧化钛纳米棒和多个银纳米颗粒，所述多个二氧化钛纳米棒以阵列方式布置在所述石墨烯薄膜层上，每个所述二氧化钛纳米棒的外壁均设置有多个所述银纳米颗粒。2.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于，所述石墨烯薄膜层的厚度为10～150nm。3.根据权利要求1或2所述的芯片，其特征在于，所述二氧化钛纳米棒为圆柱体，所述圆柱体的直径为20～80nm。4.根据权利要求1或2所述的芯片，其特征在于，所述二氧化钛纳米棒的长度为300～500nm。5.一种发光二极管的芯片的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括：提供一衬底；在所述衬底上依次生长未掺杂氮化铝缓冲层、未掺杂氮化镓层、N型氮化镓层、多量子阱层、P型电子阻挡层、P型氮化镓层，所述多量子阱层包括多个铟镓氮子层和多个氮化镓子层，所述多个铟镓氮子层和多个氮化镓子层交替层叠设置；在所述P型氮化镓层上形成石墨烯薄膜层；在所述石墨烯薄膜层、所述P型氮化镓层、所述P型电子阻挡层、所述多量子阱层中开设从所述石墨烯薄膜层延伸至所述N型氮化镓层的凹槽；在所述凹槽内的N型氮化镓层上设置N型电极，在所述石墨烯薄膜层上设置P型电极；在所述凹槽内、以及所述N型电极和所述P型电极上形成光刻胶；在所述石墨烯薄膜层和所述光刻胶上生长多个二氧化钛纳米棒，所述多个二氧化钛纳米棒以阵列方式布置在...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁涛，郭炳磊，葛永晖，吕蒙普，胡加辉，李鹏，
申请(专利权)人：华灿光电浙江有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33