发光二极管的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种发光二极管及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 外延结构，尤其外延结构为制作半导体器件的主要材料之一。例如，近年来，制备 发光二极管（LED)的氮化镓外延片成为研究的热点。
[0003] 所述氮化镓（GaN)外延片是指在一定条件下，将氮化镓材料分子，有规则排列，定 向生长在蓝宝石基底上。然而，高质量氮化镓外延片的制备一直是研究的难点。由于氮化 镓和蓝宝石基底的晶格常数以及热膨胀系数的不同，从而导致氮化镓外延层存在较多位错 缺陷。而且，氮化镓外延层和蓝宝石基底之间存在较大应力，应力越大会导致氮化镓外延层 破裂。这种外延结构普遍存在晶格失配现象，且易形成位错等缺陷。
[0004] 现有技术提供一种改善上述不足的方法，其采用非平整的蓝宝石基底外延生长氮 化镓。例如，现有技术先在蓝宝石基底表面沉积一二氧化硅层，再采用光刻等微电子工艺蚀 刻该二氧化硅层从而在蓝宝石基底表面形成图案化掩模。然而，该方法不但工艺复杂，而且 会对蓝宝石基底外延生长面造成污染，从而影响外延结构的质量。又例如，现有技术先在蓝 宝石基底表面设置一碳纳米管膜，再以该碳纳米管膜为掩模外延生长氮化镓。然而，该方法 制备的发光二极管中通常包含有碳纳米管膜。由于该碳纳米管膜对光具有较好的吸收作 用，使得该发光二极管出光率较低。而如果氧化去除该碳纳米管膜则高温氧化会破坏该发 光二极管的晶体结构。
【发明内容】
[0005] 综上所述，确有必要提供一种既工艺简单、不会对蓝宝石基底外延生长面造成污 染又可以制备具有较高出光率的发光二极管的方法。
[0006] -种发光二极管的制备方法，其包括以下步骤：提供一自支撑的碳纳米管膜，该碳 纳米管膜包括多个碳纳米管有序排列且通过范德华力相互连接，且该碳纳米管膜具有多个 沿碳纳米管长度方向延伸的缝隙；将所述碳纳米管膜悬空设置并进行表面处理，在所述多 个碳纳米管的表面引入缺陷；采用原子层沉积法在所述表面处理后的碳纳米管膜的多个碳 纳米管的表面生长一层纳米材料层；将生长有纳米材料层的碳纳米管膜进行退火处理，去 除所述碳纳米管膜，形成多个纳米管，且所述多个纳米管有序排列且相互连接形成一自支 撑的纳米管膜；将该纳米管膜设置于一基底的外延生长面；在所述基底的外延生长面依次 生长一第一半导体层、一活性层及一第二半导体层；蚀刻所述第二半导体层和活性层使得 部分第一半导体层暴露；以及在所述第二半导体层的表面设置一第一电极，在所述暴露的 第一半导体层的表面设置一第二电极。
[0007] 一种发光二极管的制备方法，其包括以下步骤：提供一自支撑的碳纳米管膜，该碳 纳米管膜包括多个碳纳米管有序排列且通过范德华力相互连接，且该碳纳米管膜具有多个 沿碳纳米管长度方向延伸的缝隙；将所述碳纳米管膜悬空设置并进行表面处理，在所述多 个碳纳米管的表面引入缺陷；采用原子层沉积法在所述表面处理后的碳纳米管膜的多个碳 纳米管的表面生长一层纳米材料层；将生长有纳米材料层的碳纳米管膜进行退火处理，去 除所述碳纳米管膜，形成多个纳米管，且所述多个纳米管有序排列且相互连接形成一自支 撑的纳米管膜；将该纳米管膜设置于一基底的外延生长面；在所述基底的外延生长面上依 次生长一第一半导体层、一活性层及一第二半导体层；去除所述基底；以及在所述第二半 导体层远离活性层的表面设置一第一电极，以及在所述第一半导体层远离活性层的表面设 置一第二电极。
[0008] -种发光二极管的制备方法，其包括以下步骤：提供一自支撑的碳纳米管膜，该碳 纳米管膜包括多个碳纳米管有序排列且通过范德华力相互连接，且该碳纳米管膜具有多个 沿碳纳米管长度方向延伸的缝隙；将所述碳纳米管膜悬空设置并进行表面处理，在所述多 个碳纳米管的表面引入缺陷；采用原子层沉积法在所述表面处理后的碳纳米管膜的多个碳 纳米管的表面生长一层纳米材料层；将生长有纳米材料层的碳纳米管膜进行退火处理，去 除所述碳纳米管膜，形成多个纳米管，且所述多个纳米管有序排列且相互连接形成一自支 撑的纳米管膜；将该纳米管膜设置于一基底的外延生长面；在所述基底的外延生长面上生 长一第一半导体层；去除所述基底使纳米管膜暴露；在所述第一半导体层暴露纳米管膜的 表面依次生长一活性层及一第二半导体层；以及在所述第二半导体层远离活性层的表面设 置一第一电极，以及在所述第一半导体层远离活性层的表面设置一第二电极。
[0009] -种发光二极管的制备方法，其包括以下步骤：提供一自支撑的碳纳米管膜，该碳 纳米管膜包括多个碳纳米管有序排列且通过范德华力相互连接，且该碳纳米管膜具有多个 沿碳纳米管长度方向延伸的缝隙；将所述碳纳米管膜悬空设置并进行表面处理，在所述多 个碳纳米管的表面引入缺陷；采用原子层沉积法在所述表面处理后的碳纳米管膜的多个碳 纳米管的表面生长一层纳米材料层；将生长有纳米材料层的碳纳米管膜进行退火处理，去 除所述碳纳米管膜，形成多个纳米管，且所述多个纳米管有序排列且相互连接形成一自支 撑的纳米管膜；将该纳米管膜设置于一基底的外延生长面；在所述基底的外延生长面上生 长一第一半导体层；去除所述基底使纳米管膜暴露；在所述第一半导体层暴露纳米管膜的 表面依次生长一活性层及一第二半导体层；蚀刻所述第二半导体层和活性层使得部分第一 半导体层暴露；以及在所述第二半导体层的表面设置一第一电极，在所述暴露的第一半导 体层的表面设置一第二电极。
[0010] 与现有技术的光刻等微电子工艺相比，本发明提供的外延结构的制备方法，通过 设置纳米管膜掩模进行外延生长的方法工艺简单、不易在基底的外延生长面引入污染。而 且，相较于碳纳米管膜，纳米管膜具有较低的光吸收率，从而提高了制备的发光二极管的出 光率。
【附图说明】
[0011] 图1为本发明第一实施例提供的发光二极管的制备方法的工艺流程图。
[0012] 图2为本发明第一实施例中采用的碳纳米管膜的扫描电镜照片。
[0013] 图3为图2中的碳纳米管膜中的碳纳米管片段的结构示意图。
[0014] 图4为本发明第一实施例的碳纳米管膜的结构示意图。
[0015] 图5为图4中的局部放大结构示意图。
[0016]图6为本发明第一实施例的两层交叉设置的碳纳米管膜的扫描电镜照片。
[0017]图7为本发明第一实施例拉伸碳纳米管膜的方法示意图。
[0018]图8为本发明第一实施例中拉伸后的碳纳米管膜的扫描电镜照片。
[0019]图9为本发明第一实施例的制备方法中，对碳纳米管膜进行氧等离子体处理前， 直接在其表面用原子层沉积法形成纳米氧化铝（A1203)层的扫描电镜照片。
[0020] 图10为本发明第一实施例的制备方法中，对碳纳米管膜进行氧等离子体处理后， 在该碳纳米管膜表面用原子层沉积法形成纳米氧化铝层的扫描电镜照片。
[0021] 图11为本发明第一实施例的制备方法中，对碳纳米管膜进行积碳处理后的透射 电镜照片。
[0022] 图12为本发明第一实施例的制备方法中，对碳纳米管膜进行表面积碳处理前，直 接在其表面用原子层沉积法形成纳米氧化铝层的扫描电镜照片。
[0023] 图13为本发明第一实施例的制备方法中，对碳纳米管膜进行表面积碳处理后，在 其表面用原子层沉积法形成纳米氧化铝层的扫描电镜照片。
[0024] 图14为本发明第一实施例制备的单层氧化铝纳米管膜的扫描电镜照片。
[0025] 图15为本发明第一实施例制备的双层交叉氧化铝纳米管膜的扫描电镜照片。
[0026]图16为本发明第一实施例制备的氧化铝纳米管膜的实物照片。
[0027] 图17为本发明第一实施例制备的单层纳米管膜的结构示意图。
[0028] 图18为本发明第一实施例制备的双层交叉纳米管膜的结构示意图。图14本发明 第一实施例中的外延层生长过程示意图。
[0029] 图19本发明第一实施例中的外延层生长过程示意图。
[0030] 图20为本发明第一实施例制备的发光二极管的结构示意图。
[0031] 图21为本发明第二实施例提供的发光二极管的制备方法的工艺流程图。
[0032] 图22为本发明第二实施例制备的发光二极管的结构示意图。
[0033] 图23为本发明第三实施例提供的发光二极管的制备方法的工艺流程图。
[0034] 图24为本发明第三实施例制备的发光二极管的结构示意图。
[0035] 图25为本发明第四实施例提供的发光二极管的制备方法的工艺流程图。
[0036] 图26为本发明第四实施例制备的发光二极管的结构示意图。
[0037] 图27为本发明第五实施例提供的发光二极管的制备方法的工艺流程图。
[0038] 图28为本发明第五实施例制备的发光二极管的结构示意图。
[0039] 主要元件符号说昍
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如下具体实施例将结合上述附图进i步说明本发明。 '
【具体实施方式】
[0040] 以下将结合附图详细说明本发明实施例提供的发光二极管及其制备方法。为了便 于理解本发明的技术方案，本发明首先介绍一种采用掩模制备发光二极管的方法，然后再 介绍采用该方法制备的发光二极管。
[0041] 请参阅图1，本发明第一实施例提供一种发光二极管10的制备方法，其具体包括 以下步骤： 510 :提供一具有自支撑特性的碳纳米管膜100,该碳纳米管膜100包括多个碳纳米管 104有序排列且通过范德华力相互连接，且该碳纳米管膜100具有多个沿碳纳米管104长度 方向延伸的缝隙105; 511 :对所述碳纳米管膜100悬空设置并进行表面处理，在所述多个碳纳米管104的表 面引入缺陷； 512 :采用原子层沉积法（ALD)在所述碳纳米管膜100的多个碳纳米管104的表面生长 一层纳米材料层110 ; 513 :将生长有纳米材料层110的碳纳米管膜100进行退火处理，去除所述碳纳米管膜 100,形成多个纳米管112,且所述多个纳米管112有序排列且相互连接形成一具有自支撑 特性的纳米管膜114 ; 514 :将该纳米管膜114设置于一基底120的外延生长面122 ; 515 :在所述基底120的外延生长面122依次生长一第一半导体层130、一活性层140及 一第二半导体层150 ; 516, 蚀刻所述第二半导体层150和活性层140使得部分第一半导体层130暴露；以及 517, 在所述第二半导体层150的表面设置一第一电极160,在所述暴露的第一半导体 层130的表面设置一第二电极170。
[0042] 所述步骤S10中，所述碳纳米管膜100为一从碳纳米管阵列抽取的碳纳米管拉膜。 请进一步参阅图2至图5,所述碳纳米管膜100是由若干碳纳米管104,106组成的自支撑结 构。即，该碳纳米管膜100为由若干碳纳米管104,106紧密结合组成的纯结构。所述自支撑 指该碳纳米管膜100不需要大面积的载体支撑，而只要相对两边提供支撑力即能整体上悬 空而保持自身膜状状态，即将该碳纳米管膜100置于(或固定于）间隔特定距离设置的两个 支撑体上时，位于两个支撑体之间的碳纳米管膜100能够悬空保持自身膜状状态。所述自 支撑特性主要通过碳纳米管膜100中存在通过范德华力首尾相连延伸排列的碳纳米管104 以及随机分散的碳纳米管106而实现。上述"首尾相连"指的是碳纳米管104的轴向或者 碳纳米管104的长度方向是首尾相连定向排列的。该若干碳纳米管104,106包括单壁碳纳 米管、双壁碳纳米管及多壁碳纳米管中的一种或多种。所述单壁碳纳米管的直径为0.5纳 米至50纳米，所述双壁碳纳米管的直径为1. 0纳米至50纳米，所述多壁碳纳米管的直径为 1. 5纳米至50纳米。
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