基于石墨烯薄膜的透明電極的制備方法，在石墨烯薄層與器件表面之間插入ITO納米薄層；包括以下步驟：將GaN基LED外延片（208）進行清洗；在p-GaN層（203）上制作第一納米ITO薄層（202），厚度為7-10nm；退火；將第二石墨烯薄膜層（201）轉移到（202）上；在（202）上光刻定義出臺階區域，并且利用臺階上的光刻膠作為掩模，去除（201）和（202），然后進行ICP刻蝕，直至刻蝕到n-GaN為止；光刻定義出透明導電層的圖形（201）和（202）；光刻電極圖形，制作金屬電極；進行超聲剝離；GaN基LED所需的后段工藝。本發明專利技術降低了石墨烯與半導體材料的接觸電阻，并且使整個透明導電層結構保持一個很高的透光率，使整體的透光率和石墨烯薄膜幾乎保持一致。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于光電子技術，具體為LED制造與封裝領域。
技術介紹
在許多光電子器件當中，透明導電層作為表面電流擴展起到了非常重要的作用，是某些光電子器件中非常重要的部分，不可缺少。這種材料要求有很高的透光率以及良好的導電性能。氧化銦錫(ITO)作為透明導電層在光電器件中有著非常廣泛的應用，但是In作為一種稀土元素，儲量非常有限。而且隨著ITO大規模的使用，其價格也越來越高。造成最終器件的成本不斷升高，而且隨著開采In的儲量下降嚴重，尋找一種替代材料來取代ITO已經成為了一個非常迫切的問題。ITO由于其材料本身性質，不適于彎折，對于柔性襯底并不是十分適用。其耐酸堿能力有限，很多常見的酸性物質都能對其進行腐蝕。隨著石墨烯這種材料被發現，其優異的導電性和透光性迅速引起人們的注意，成為ITO這一傳統透明導電層材料的替代材料之一。石墨烯作為透明導電層擁有以下有優點:高透光，單層石墨烯的透光率可達97.7% ;高電子遷移率，隨著生長技術的發展，電阻率會降的很低，而目前的水平已經能達到商用的水平；高化學穩定性，耐酸堿；大規模生產成本低；可以任意彎折，適合柔性襯底。但是石墨烯直接應用在某些光電子器件上有很多問題，其中最亟待解決的就是接觸電阻過大，與光電子器件表面材料不能形成良好的歐姆接觸，造成器件工作電壓過大。比如GaN基LED，文獻中報道小功率器件工作電壓接近6V，但是正常的小功率GaN基LED工作電壓在3V左右。人們已經采取了很多方法去改善這一問題，但是在降低工作電壓的同時，卻影響了透明導電層的穿透率，比如Ni/Au作為插入層在單層石墨烯與GaN藍光LED之間，其整體夠光率只有78%左右，而單層石墨烯的透光率最高可達97.7%，可見此插入層方案對透光率影響非常嚴重。又如，有人在P-GaN表面制作納米ITO柱，可以很好的降低石墨烯和p-GaN接觸電阻,但是對石墨烯薄膜的透光率影響依然很大，納米結構的透光率只有90%左右，而且此種方案使用ITO量和常規ITO透明導電層沒有差別，工藝復雜，難以控制，可重復性不高。本方案提出一種新的石墨烯應用方法，可以很好的改善石墨烯與某些半導體材料(比如P-GaN)的接觸問題，形成良好的接觸，降低接觸電阻，降低器件的工作電壓，并且幾乎不影響石墨烯的透光率，解決了目前無法兼得高透光率與低接觸電阻這一難題。并且本方案相對之前方案，成本低，工藝簡單，和目前主流半導體光電子器件工藝兼容。
技術實現思路
本專利技術的目的在于，通過提供，可以很好的解決目前存在的這一問題，并且幾乎不影響透明導電層整天的透光率。本專利技術是采用以下技術手段實現的；，在石墨烯薄層與器件表面之間插入ITO納米薄層；包括以下步驟:1.1.將GaN基LED外延片(208)進行清洗；GaN基LED外延片(208)自上層往下層包括:p_GaN 層(203)，多量子阱層(204)，n_GaN 層(205)，U-GaN 層(206)，藍寶石層(207)；用丙酮、乙醇煮沸，去離子水沖洗多遍，王水煮沸，去離子水沖洗多遍；1.2.在p-GaN層(203)上制作第一納米ITO薄層(202)，厚度為7-10nm;1.3 放入爐管退火；1.4.將第二石墨烯薄膜層(201)轉移到步驟1.3所述退火后的在p-GaN層(203)上制作的第一納米ITO薄層(202)上；1.5.在步驟1.4所述的第一納米ITO薄層(202)上光刻定義出臺階區域，并且利用臺階上的光刻膠作為掩模，去除第二石墨烯薄膜層(201)和第一納米ITO薄層(202)，然后進行ICP刻蝕，直至刻蝕到n-GaN為止；1.6.光刻定義出透明導電層的圖形第二石墨烯薄膜層(201)和第一納米ITO薄層(202);包括在壓焊金屬圓臺下刻蝕出圓孔，實現電流阻擋，以及增加金屬電極與器件的粘附性；1.7.光刻出與步驟1.6中電極圖形，制作金屬電極；1.8 進行超聲剝離；1.9.GaN基LED所需的后段工藝。前述的步驟1.2的厚度包括電子束蒸發和磁控濺射。前述的步驟1.3的退火時間為10-30分鐘，溫度為400-650度。本專利技術還可以采用以下技術手段實現:，在石墨烯薄層與器件表面之間插入ITO納米薄層；包括以下步驟:4.1.將外延片(303)制作金屬掩模材料離子注入掩模(304)；4.2.進行離子注入，在外延片(303)的有源區上0.5-2.5um形成高阻區域；4.3.去除掩模，并清洗；4.4.在(303上)制作第二納米ITO薄層(302)，厚度為7-10nm;4.5.進行快速熱退火；4.6.將第三石墨烯薄膜層(301)轉移到經過退火處理的第二納米ITO薄層(302)上。4.7.在第三石墨烯薄膜層(301)上光刻出電極圖形，制作金屬電極；4.8.將金屬電極進行超聲剝離；4.9.進行850nm或980nm波長VCSEL所需要的后段工藝。前述的步驟4.5的退火時間為1-3分鐘，溫度為400-650度。本專利技術與現有技術相比，具有以下明顯的優勢和有益效果:本專利技術通過一種簡單的方案，來降低石墨烯與半導體材料的接觸電阻，并且使整個透明導電層結構保持一個很高的透光率，使整體的透光率和石墨烯薄膜幾乎保持一致，只有很小的衰減，幾乎可以忽略。如果石墨烯薄膜方阻可以降低到與ITO相當的水平，那此種方法制作出的器件的電學特性將與ITO透明導電層相差無幾，但是在透光率上有一定優勢，尤其在紫外波段， 此種結構的透明導電層的透光率只有很小的下降。附圖說明圖1為本方案實施示意圖；圖2為GaN藍光LED外延片示意圖；圖3為GaN藍光LED外延片上制作完成本專利技術所揭示的透明電極示意圖；圖4為擁有本專利技術透明電極的GaN藍光LED水平式器件的示意圖；圖5為850nm波長VCSEL外延片上質子注入掩模示意圖；圖6為850nm波長VCSEL外延片上制作本專利技術透明電極的示意圖。其中，103為目標外延片，即制作器件所需的外壓片。102為納米ITO過渡層，用電子束蒸發制作。101為第一石墨烯薄膜層，作為電流擴展用。201為第二石墨烯薄膜層，202為第一納米ITO薄層，203為p-GaN層，204為多量子阱層，205為n_GaN層，206為U-GaN層，207為藍寶石層，208為GaN基LED外延片層，303為850nm波長VCSEL外延片層，304為質子注入掩模層，301為第三石墨烯薄膜層，302為第二納米ITO薄層。具體實施例方式具體實施例1請參閱圖1所示，為本方案實施示意圖，圖中103為目標外延片，即制作器件所需的外壓片。102為納米ITO過渡層，用電子束蒸發制作。101為第一石墨烯薄膜層，作為電流擴展用。請參閱圖2、圖3所示，以GaN基LED為例。步驟1，將外延片208(包括:203為p_GaN層，204為多量子阱層，205為n_GaN層，206為U-GaN層，207為藍寶石層，)進行清洗(丙酮、乙醇各煮沸5分鐘，去離子水沖洗30遍，王水煮沸5分鐘，去離子水沖洗30遍)步驟2、在p-GaN層203上制作第一納米ITO薄層202，厚度為7-10nm (包括電子束蒸發和磁控濺射)步驟3、將上述制作完成的樣品放入爐管退火。退火時間為10-30分鐘，溫度為400-650 度。步驟4、將第二石墨烯薄膜層201轉移到步驟3中所描述的第一納米ITO薄層上。步驟本文檔來自技高網...
【技術保護點】
基于石墨烯薄膜的透明電極的制備方法，其特征在于：在石墨烯薄層與器件表面之間插入ITO納米薄層；包括以下步驟：1.1.將GaN基LED外延片（208）進行清洗；GaN基LED外延片（208）自上層往下層包括：p?GaN層（203），多量子阱層（204），n?GaN層（205），u?GaN層（206），藍寶石層（207）；用丙酮、乙醇煮沸，去離子水沖洗多遍，王水煮沸，去離子水沖洗多遍；1.2.在p?GaN層（203）上制作第一納米ITO薄層（202），厚度為7?10nm；1.3.放入爐管退火；1.4.將第二石墨烯薄膜層（201）轉移到步驟1.3所述退火后的在p?GaN層（203）上制作的第一納米ITO薄層（202）上；1.5.在步驟1.4所述的第一納米ITO薄層（202）上光刻定義出臺階區域，并且利用臺階上的光刻膠作為掩模，去除第二石墨烯薄膜層（201）和第一納米ITO薄層（202），然后進行ICP刻蝕，直至刻蝕到n?GaN為止；1.6.光刻定義出透明導電層的圖形第二石墨烯薄膜層（201）和第一納米ITO薄層（202）；包括在壓焊金屬圓臺下刻蝕出圓孔，實現電流阻擋，以及增加金屬電極與器件的粘附性；1.7.光刻出與步驟1.6中電極圖形，制作金屬電極；1.8.進行超聲剝離；1.9.GaN基LED所需的后段工藝。...
【技術特征摘要】
1.基于石墨烯薄膜的透明電極的制備方法，其特征在于:在石墨烯薄層與器件表面之間插入ITO納米薄層；包括以下步驟: 1.1.將GaN基LED外延片(208)進行清洗；GaN基LED外延片(208)自上層往下層包括:p_GaN 層(203)，多量子阱層(204)，n_GaN 層(205)，U-GaN 層(206)，藍寶石層(207)； 用丙酮、乙醇煮沸，去離子水沖洗多遍，王水煮沸，去離子水沖洗多遍；1.2.在p-GaN層(203)上制作第一納米ITO薄層(202)，厚度為7-10nm ；1.3.放入爐管退火； 1.4.將第二石墨烯薄膜層(201)轉移到步驟1.3所述退火后的在p-GaN層(203)上制作的第一納米ITO薄層(202)上；1.5.在步驟1.4所述的第一納米ITO薄層(202)上光刻定義出臺階區域，并且利用臺階上的光刻膠作為掩模，去除第二石墨烯薄膜層(201)和第一納米ITO薄層(202)，然后進行ICP刻蝕，直至刻蝕到n-GaN為止； 1.6.光刻定義出透明導電層的圖形第二石墨烯薄膜層(201)和第一納米ITO薄層(202);包括在壓焊金屬圓臺下刻蝕出圓孔，實現電流阻擋，以及增加金屬電極與器件的粘附性；1.7.光刻出與步驟1.6中電極圖形，制作金屬電極；1.8.進行超聲剝離； ...
【專利技術屬性】
技術研發人員：徐晨，許坤，孫捷，鄧軍，朱彥旭，毛明明，解意洋，鄭雷，
申請(專利權)人：北京工業大學，
類型：發明
國別省市：
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