[發明專利]基于石墨烯薄膜的透明電極的制備方法有效

申請號：	201310017932.2	申請日：	2013-01-17
公開（公告）號：	CN103078036A	公開（公告）日：	2013-05-01
發明（設計）人：	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
主分類號：	H01L33/42	分類號：	H01L33/42
代理公司：	北京思海天達知識產權代理有限公司 11203	代理人：	張慧
地址：	100124 ***	國省代碼：	北京;11
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摘要：
搜索關鍵詞：	基于石墨薄膜透明電極制備方法
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【說明書】：

技術領域

本發明屬于光電子技術，具體為LED制造與封裝領域。

背景技術

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。

發明內容

本發明的目的在于，通過提供基于石墨烯薄膜的透明電極的制備方法，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。

本發明是采用以下技術手段實現的；

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：

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；