[发明专利]基于绝缘衬底的纳米柱LED芯片及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于绝缘衬底的纳米柱LED芯片及其制备方法，该芯片包括：绝缘衬底；石墨烯层，生长于绝缘衬底上；纳米柱LED，间隔生长在所述石墨烯层上，所述纳米柱LED自衬底至上包括：n‑GaN层、多量子阱发光层和p‑GaN层；SOG填充物，填充在所述纳米柱LED的间隔及周围部分，用于隔离纳米柱LED，避免短路；氧化铟锡透明导电层，连接所述纳米柱LED的p‑GaN层及所述SOG填充物，实现电流扩展；以及p/n电极，实现绝缘衬底上纳米柱LED芯片制备。本发明借助石墨烯缓冲层，在绝缘衬底上通过光刻工艺，在纳米柱生长之前覆盖n电极区域，生长之后暴露出n电极区域的石墨烯层以做n电极的电流扩展层，实现绝缘衬底上纳米柱n电极的引出。

技术领域

本申请涉及照明技术领域，尤其涉及一种基于绝缘衬底的纳米柱LED芯片制备方法。

背景技术

近年来，GaN纳米柱已经成为纳米光电子领域中的重要课题。由于同质衬底价格昂贵，一般采用异质外延的方法生长GaN，而纳米柱因为其高的纵横比和大的表面积比，可以降低纳米柱上部的位错密度，缓解由晶格失配、热膨胀失配引起的应变，提高外延材料的晶体质量。此外，GaN基纳米柱LED，尤其是core-shell结构的纳米柱LED，在固态照明也有着十分重要的意义和前景。据报道，与传统的平面LED相比，三维结构的core-shell纳米柱LED结构有源区面积大大增加且取向为非极性面，能够有效增加发光效率。与此同时，石墨烯作为一种二维材料，因为有着高的电导率、热导率以及机械强度和柔韧性而受到了越来越多的关注，在其上的范德华外延不需要满足生长材料与下面的2D材料之间的晶格失配，可降低由晶格失配产生的应力，降低缺陷密度，提高材料质量。与传统薄膜LED结构相比，在石墨烯上直接生长GaN纳米柱结构可以省去低温缓冲层工艺，节省工艺时间，且可以有效减小外延层的缺陷密度。

由于GaN的六方结构，通常选择蓝宝石作为外延衬底，然而由于蓝宝石导电性较差，且在其上直接生长的纳米柱没有连续的n型层，导致n电极无法直接引出。而激光剥离等技术虽然可以将外延层从衬底剥离，但工艺繁杂，且涉及到后续的转移问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的在于，提供一种基于绝缘衬底的纳米柱LED芯片及其制备方法，能以较低的成本和工艺难度，解决绝缘衬底上纳米柱n电极的引出问题。

(二)技术方案

本发明提供了一种基于绝缘衬底的纳米柱LED芯片，包括：

绝缘衬底；

进一步的，绝缘衬底为蓝宝石衬底、石英或其他绝缘且能在其上范德华外延出氮化物材料的衬底。

石墨烯层，生长于该绝缘衬底上；

进一步的，石墨烯层为单层石墨烯或2-4层的石墨烯。

纳米柱LED，间隔生长在石墨烯层上，该纳米柱LED自衬底至上包括：n-GaN层、多量子阱发光层和p-GaN层；

进一步的，n-GaN层为纳米柱LED的主体部分；

多量子阱发光层为A1GaN/GaN或InGaN/GaN量子阱发光层；

p-GaN层用于欧姆接触。

SOG填充物，填充在纳米柱LED的间隔及周围部分，用于隔离纳米柱LED，避免短路；

氧化铟锡透明导电层，连接纳米柱LED的p-GaN层及SOG填充物，实现电流扩展；

进一步的，氧化铟锡透明导电层及SOG填充物共同作用完全包围纳米柱LED。

以及，p/n电极，实现绝缘衬底上纳米柱LED芯片制备。

进一步的p电极与氧化铟锡透明导电层相连，n电极与石墨烯相连。