一种石墨烯LED芯片及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种石墨烯LED芯片的制备方法，步骤包括：将经过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电极；采用原子力显微镜制造包括至少一个石墨烯纳米带的具有超晶格结构的石墨烯层，或者，通过氧化还原并透析的方式制备由石墨烯量子点形成具有超晶格结构的石墨烯层，将石墨烯层设置在石墨烯透明下电极上；在石墨烯层上依次设置P型半导体层和N型半导体层；将石墨烯透明电极作为石墨烯透明上电极设置在N型半导体层上，使得N型半导体层设置在P型半导体层和由石墨烯透明电极形成的石墨烯透明上电极之间。本发明专利技术通过具有超晶格结构的石墨烯作为发光层，光线不易被吸收，具有更高的发射率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及LED芯片
，尤其涉及一种石墨烯LED芯片及其制备方法。
技术介绍
LED是利用注入有源区载流子的自发辐射复合而发光。LED具有安全可靠、节能环保、寿命长、响应快、体积小、色域丰富等优点，因此LED在固体照明、显示屏、交通信号灯等领域获得了广泛的应用。现有的LED芯片制作，主要是采用MOCVD法，在蓝宝石或碳化硅衬底上外延生长，随着LED功率的不断增大，散热问题变的越来越突出，传统的LED由于蓝宝石不导电，所以电极只能做在同侧，这就使得出现了电流拥堵效应，降低了LED的寿命，并且由于蓝宝石衬底导热性能差，使得LED结温升高、性能下降、寿命降低。石墨烯是单原子层的石墨片，具有优异的电学性质，其电子迀移率高达100，000cm2V-ls_l，最早于2004年由英国曼彻斯特大学的科学家制备出来。单层石墨稀中的电子在狄拉克点附近具有线性的色散关系，属于无质量的狄拉克费米子，其费米速度为光速的1/300。石墨烯的电阻率极低，电子迀移的速度极快，因此被期待可用来发展出更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管。中国专利(CN103258926A)公开了一种LED垂直芯片结构，所述LED垂直芯片结构自下到上依次设有衬底、石墨稀层、ZnO纳米墙/GaN、n_GaN层、InGaN/GaN多量子讲及p-GaN。该专利利用石墨烯层进行发光和导热，，复合基板的导热系数更大，此衬底结构使得功率LED工作产生的热量能很好的散掉，并且相比传统蓝宝石结构LED，该专利技术具有垂直结构LED的优点，比如:电流分布均匀，发光面积更大等。但是，该专利的GaN电极无法制作出较薄的厚度，因此由于厚度过大而导致透光性和导电性均较差。
技术实现思路
针对现有技术之不足，本专利技术提供一种石墨烯LED芯片的制备方法，其特征在于，所述制备方法至少包括如下步骤:将经过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电极；采用原子力显微镜制造包括至少一个石墨烯纳米带的具有超晶格结构的石墨烯层，或者通过氧化还原并透析的方式制备由石墨烯量子点形成具有超晶格结构的石墨烯层；将石墨烯层设置在石墨烯透明下电极上，从而使得石墨烯层与所述基板之间设置有石墨烯透明下电极；在石墨烯层上依次设置P型半导体层和N型半导体层，使得具有超晶格结构的石墨烯层设置在所述基板和由含有掺杂元素的石墨烯形成的所述P型半导体层之间；以及将石墨烯透明电极作为石墨烯透明上电极设置在N型半导体层上，使得所述N型半导体层设置在所述P型半导体层和由石墨烯透明电极形成的石墨烯透明上电极之间。根据一个优选实施方式，制备包括至少一个石墨烯纳米带的具有超晶格结构的石墨烯层的方法包括:将石墨烯薄膜转移到具有氧化层的硅片基底上并定位；将与石墨烯相连的电极和硅片基底的附加电极连接以导通电流；在所述石墨烯薄膜的指定周期位置使用处于脉冲电压下的针尖进行打点以形成周期性排布的孔洞，所述脉冲电压为-5V?15V;利用含氢等离子体对所述石墨烯薄膜进行各向异性刻蚀，使石墨烯薄膜的纳米带形成纵向具有锯齿边缘的周期性纳米带，从而得到超晶格多孔石墨烯结构；通过氧化还原并透析的方式制备由石墨烯量子点形成具有超晶格结构的石墨烯层方法包括:氧化石墨烯薄膜从而形成石墨烯氧化物；以热量还原石墨烯氧化物后再次对还原产物进行氧化得到石墨烯板；通过超声粉碎并经由透析膜透析后过滤得到预定尺寸的石墨烯量子点。根据本专利技术的有一个方面，本专利技术提供一种石墨烯LED芯片，包括基底、石墨烯层、P型半导体层和N型半导体层，其特征在于，具有超晶格结构的石墨烯层设置在所述基板和由含有掺杂元素的石墨烯形成的所述P型半导体层之间，所述N型半导体层设置在所述P型半导体层和由石墨烯透明电极形成的石墨烯透明上电极之间，其中，所述石墨烯层与所述基板之间设置有石墨烯透明下电极。根据一个优选实施方式，具有超晶格结构的石墨烯层为具有多量子势阱且至少包括一个具有周期性变化宽度的石墨烯纳米带的石墨烯纳米带层，所述石墨烯纳米带基于电子和空穴在石墨烯层中的移动产生彼此重组从而发出光子。根据一个优选实施方式，具有超晶格结构的石墨烯层为规则布置的纳米尺寸的量子点形成的石墨烯量子点层，所述石墨烯量子点层基于量子点的不同尺寸发射出对应的波长的光。根据一个优选实施方式，所述石墨烯纳米带层的相对边缘均具有锯齿形形状，所述锯齿为三角形或者矩形。根据一个优选实施方式，所述石墨烯量子点层基于量子点的尺寸和形状发出对应的波长范围的光。根据一个优选实施方式，所述石墨烯量子点层基于至少一种量子点的形状和尺寸的规则布置发射出对应的至少一种波长的光。根据一个优选实施方式，所述石墨烯量子点的表面或边缘附接有能够控制发光波长或光致特性的官能团或双功能分子。根据一个优选实施方式，所述石墨烯LED芯片包括柔性的基板、石墨烯层、石墨烯量子点层，由石墨烯透明电极形成的阴极和阳极，其中，作为空穴层的石墨烯层设置在基板上方的阴极上，作为发光层的石墨烯量子点层设置在石墨烯层和阳极之间，石墨烯层与石墨烯量子点层之间采用一端与石墨烯层相接且另外一端与石墨烯量子点层相接的双功能分子以自组装方式连接，石墨烯层的空间结构与阴极呈水平或竖直连接，量子点表面包裹有羧基、氨基、羟基、硅烷基中的至少一种官能团。本专利技术的有益技术效果:本专利技术的石墨烯LED芯片包含有石墨烯透明电极，其透光率及片电阻的特性皆优于ITO透明电极，且石墨烯透明电极厚度更薄。此外，本专利技术的方法所制得的石墨烯发光二极管，其以石墨烯作为透明电极，若更搭配含硼的石墨烯层作为P型半导体层，以及白石墨作为N型半导体层，可使石墨烯发光二极管的整体厚度更加薄化，符合现代对电子产品的轻薄特性的要求。本专利技术通过具有超晶格结构的石墨烯作为发光层，光线不易被吸收，具有更高的发射率。【附图说明】图1是本专利技术的一种石墨烯LED芯片的侧视图；图2是本专利技术优选的一种石墨烯纳米带的示意图；图3是本专利技术优选的一种石墨烯量子点的布置示意图；图4是本专利技术优选的一种石墨烯量子点的布置示意图；图5是本专利技术的石墨烯量子点的形状示意图；图6是本专利技术优选的一种石墨烯LED芯片的侧视图；图7是本专利技术的一种石墨烯LED芯片制备方法流程图；图8是具有超晶格结构的石墨烯层的制备方法流程图；和图9是本专利技术优选的一种石墨烯LED芯片制备方法流程图。附图标记列表10:基底21:石墨烯透明下电极 22:石墨烯透明上电极30:石墨烯层31:P当前第1页1 2 3 4 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石墨烯LED芯片的制备方法，其特征在于，所述制备方法至少包括如下步骤：将经过硫酸水溶液浸泡并涂布于基板(10)的石墨烯薄膜干燥后形成石墨烯透明下电极(21)；采用原子力显微镜制造包括至少一个石墨烯纳米带的具有超晶格结构的石墨烯层(30)，或者通过氧化还原并透析的方式制备由石墨烯量子点形成具有超晶格结构的石墨烯层(30)；将石墨烯层(30)设置在石墨烯透明下电极(21)上，从而使得石墨烯层(30)与所述基板之间设置有石墨烯透明下电极(21)；在石墨烯层(30)上依次设置P型半导体层(31)和N型半导体层(32)，使得具有超晶格结构的石墨烯层(30)设置在所述基板(10)和由含有掺杂元素的石墨烯形成的所述P型半导体层(31)之间；以及将石墨烯透明电极作为石墨烯透明上电极(22)设置在N型半导体层上，使得所述N型半导体层(32)设置在所述P型半导体层(31)和由石墨烯透明电极形成的石墨烯透明上电极(22)之间。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：白德旭，
申请(专利权)人：白德旭，
类型：发明
国别省市：四川;51