专利名称：发光二极管的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种发光二极管的制备方法，尤其涉及一种具有碳纳米管层的发光二极管的制备方法。
背景技术：
由氮化镓半导体材料制成的高效蓝光、绿光和白光发光二极管具有寿命长、节能、绿色环保等显著特点，已被广泛应用于大屏幕彩色显示、汽车照明、交通信号、多媒体显示和光通讯等领域，特别是在照明领域具有广阔的发展潜力。
传统的发光二极管通常包括N型半导体层、P型半导体层、设置在N型半导体层与P型半导体层之间的活性层、设置在P型半导体层上的P型电极(通常为透明电极)以及设置在N型半导体层上的N型电极。发光二极管处于工作状态时，在P型半导体层与N型半导体层上分别施加正、负电压，这样，存在于P型半导体层中的空穴与存在于N型半导体层中的电子在活性层中发生复合而产生光子，且光子从发光二极管中射出。然而，现有的发光二极管光取出效率(光取出效率通常指活性层中所产生的光波从发光二极管内部释放出的效率)较低，其主要原因如下其一，由于半导体的折射率大于空气的折射率，来自活性层的光波在半导体与空气的界面处发生全反射，从而大部分光波被限制在发光二极管的内部，直至被发光二极管内的材料完全吸收。其二，发光二极管的工作电流容易被局限在P型电极之下而且其横向分散距离大，电流分散不当，导致了发光二极管光取出效率低。光取出效率低导致发光二极管内部产生大量的热量，又因发光二极管的结构及材料的限制，使得发光二极管内部产生的热量散发出去较困难，从而使得半导体材料的性能发生变化，降低了发光二极管的使用寿命，进而影响发光二极管的大规模应用。
发明内容
有鉴于此，确有必要提供一光取出效率较高且具有较长时用寿命的发光二极管的制备方法。一种发光二极管的制备方法，其包括以下步骤提供一基底，其具有一外延生长面；在所述基底的外延生长面上悬空设置碳纳米管层；在所述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，所述第一半导体层将所述碳纳米管层包覆于其中，在所述第一半导体层内形成微结构；刻蚀第二半导体层及活性层的部分区域，以暴露部分第一半导体层；形成一第一电极与第一半导体层电连接，同时形成一第二电极与第二半导体层电连接。—种发光二极管的制备方法，其包括以下步骤提供一基底，其具有一外延生长面；在所述基底的外延生长面上悬空设置碳纳米管层；在所述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，所述第一半导体层包括缓冲层、本征层和掺杂层，所述掺杂层将所述碳纳米管层包覆于其中，以使在所述第一半导体层内形成微结构；去除基底、所述第一半导体层的缓冲层及本征层，以暴露所述第一半导体层的掺杂层；形成一第一电极与第一半导体层电连接，同时形成一第二电极与第二半导体层电连接。
一种发光二极管的制备方法，其包括以下步骤提供一基底，其具有一外延生长面；在所述基底的外延生长面上悬空设置碳纳米管层；在所述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，所述第一半导体层将所述碳纳米管层包覆于其中，在所述第一半导体层内形成微结构；在所述第二半导体层的表面形成第三半导体层，所述第三半导体层为由多个沟槽间隔的非连续性的薄层；刻蚀第三半导体层、第二半导体层及活性层的部分区域，以暴露部分第一半导体层；在第一半导体层的表面形成一第一电极，同时在第二半导体层及第三半导体层的部分表面形成一第二电极。一种发光二极管的制备方法，其包括以下步骤提供一基底，其具有一外延生长面；在所述基底的外延生长面上悬空设置碳纳米管层；在所述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，所述第一半导体层将所述碳纳米管层包覆于其中，在所述第一半导体层内形成微结构；在所述第二半导体层的表面接触设置一碳纳米管层；在所述第二半导体层的表面长面第三半导体层，所述第三半导体层为由碳纳米管层中的碳纳米管间隔的非连续性的薄层；形成第三半导体层，所述第三半导体层为由多个沟槽间隔的非连续性的薄层；刻蚀第三半导体层、第二半导体层、活性层及第一半导体层的部分区域，以暴露部分被包覆于第一半导体层中的碳纳米管层；在被暴露于第一半导体层中的碳纳米管层的表面形成一第一电极，同时在第二半导体层表面的碳纳米管层及第三半导体层的表面形成一第二电极。与现有技术相比，本发明提供的采用碳纳米管层作为掩模制备发光二极管的制备方法具有以下优点其一，所述碳纳米管层可直接悬空设置于基底上，不需要溅镀等复杂工艺，制备方法简单；其二，由于碳纳米管层的存在，在制备过程中即可在发光二极管内形成多个纳米级的微结构，够得到具有较高光取出率的发光二极管；其三，由于省略了刻蚀等工艺，减小了制备过程中对发光二极管晶格结构的破坏。
图I是本发明第一实施例提供的发光二极管的制备方法流程图。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。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。图4为本发明采用的多层交叉设置的碳纳米管膜的扫描电镜照片。图5为本发明采用的非扭转的碳纳米管线的扫描电镜照片。图6为本发明采用的扭转的碳纳米管线的扫描电镜照片。图7为本发明第一实施例提供的发光二极管的结构示意图。图8为本发明第二实施例提供的发光二极管的结构示意图。图9为本发明第三实施例提供的发光二极管的制备方法流程图。图10为本发明第三实施例提供的发光二极管的结构示意图。图11为本发明第四实施例提供的发光二极管的制备方法流程图。图12为本发明第四实施例提供的发光二极管的结构示意图。图13为本发明第五实施例提供的发光二极管的结构示意图。主要元件符号说明
权利要求
1.一种发光二极管的制备方法，其包括以下步骤 提供一基底，其具有一外延生长面； 在所述基底的外延生长面上悬空设置碳纳米管层； 在所述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，所述第一半导体层将所述碳纳米管层包覆于其中，在所述第一半导体层内形成微结构； 刻蚀第二半导体层及活性层的部分区域，以暴露部分第一半导体层； 形成一第一电极与第一半导体层电连接，同时形成一第二电极与第二半导体层电连接。
2.如权利要求I所述的发光二极管的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管层为一连续的自支撑结构。
3.如权利要求I所述的发光二极管的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管层平行于所述基底的外延生长面，并与外延生长面间隔设置。
4.如权利要求I所述的发光二极管的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管层具有多个空隙，所述第一半导体层在生长过程中渗透所述空隙外延生长。
5.如权利要求I所述的发光二极管的制备方法，其特征在于，所述第一半导体层在所述碳纳米管层周围形成多个孔洞将所述碳纳米管层中的碳纳米管包围。
6.如权利要求I所述的发光二极管的制备方法，其特征在于，所述悬空设置的碳纳米管层与基底的外延生长面之间的距离为10纳米 500微米。
7.如权利要求6所述的发光二极管的制备方法，其特征在于，所述悬空设置的碳纳米管层与基底的外延生长面之间的距离为50纳米 100微米。
8.如权利要求I所述的发光二极管的制备方法，其特征在于，所述第一半导体层、活性层及第二半导体层的生长方法包括分子束外延法、化学束外延法、减压外延法、低温外延法、选择外延法、液相沉积外延法、金属有机气相外延法、超真空化学气相沉积法、氢化物气相外延法、以及金属有机化学气相沉积法中的一种或多种。
9.如权利要求I所述的发光二极管的制备方法，其特征在于，所述第一电极形成于所述第一半导体层被暴露部分表面，所述第二电极形成于所述第二半导体层部分表面。
10.如权利要求I所述的发光二极管的制备方法，其特征在于，所述刻蚀第二半导体层及活性层的部分区域的步骤进一步刻蚀第一半导体层，以使部分碳纳米管层暴露的过程。
11.如权利要求10所述的发光二极管的制备方法，其特征在于，所述第一电极设置于被暴露的碳纳米管层的表面。
12.如权利要求11所述的发光二极管的制备方法，其特征在于，所述第二电极形成于所述第二半导体层的整个表面。
13.一种发光二极管的制备方法，其包括以下步骤 提供一基底，其具有一外延生长面； 在所述基底的外延生长面上悬空设置碳纳米管层； 在所述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，所述第一半导体层包括缓冲层、本征层和掺杂层，所述掺杂层将所述碳纳米管层包覆于其中，以使在所述第一半导体层内形成微结构； 去除基底、所述第一半导体层的缓冲层及本征层，以暴露所述第一半导体层的掺杂层； 形成一第一电极与第一半导体层电连接，同时形成一第二电极与第二半导体层电连接。
14.一种发光二极管的制备方法，其包括以下步骤 提供一基底，其具有一外延生长面； 在所述基底的外延生长面上悬空设置碳纳米管层； 在所述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，所述第一半导体层将所述碳纳米管层包覆于其中，在所述第一半导体层内形成微结构； 在所述第二半导体层的表面形成第三半导体层，所述第三半导体层为由多个沟槽间隔的非连续性的薄层； 刻蚀第三半导体层、第二半导体层及活性层的部分区域，以暴露部分第一半导体层；在第一半导体层的表面形成一第一电极，同时在第二半导体层及第三半导体层的部分表面形成一第二电极。
15.如权利要求14所述的发光二极管的制备方法，其特征在于，形成第三半导体层之前在第二半导体层的表面贴紧铺设一碳纳米管层。
16.如权利要求15所述的发光二极管的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管层具有多个空隙，所述第三半导体层由外延生长法渗透所述空隙外延生长形成。
17.如权利要求16所述的发光二极管的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管层位于所述第三半导体层的多个沟槽内。
18.如权利要求17所述的发光二极管的制备方法，其特征在于，进一步包括去除所述第二半导体层表面的碳纳米管层的步骤。
19.如权利要求15所述的发光二极管的制备方法，其特征在于，所述第二半导体层表面的碳纳米管层中碳纳米管的延伸方向与所述第一半导体层中的碳纳米管层中碳纳米管的延伸方向相同或交叉设置。
20.如权利要求19所述的发光二极管的制备方法，其特征在于，所述交叉的角度等于90度。
21.一种发光二极管的制备方法，其包括以下步骤 提供一基底，其具有一外延生长面； 在所述基底的外延生长面上悬空设置碳纳米管层； 在所述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，所述第一半导体层将所述碳纳米管层包覆于其中，在所述第一半导体层内形成微结构； 在所述第二半导体层的表面接触设置一碳纳米管层； 在所述第二半导体层的表面长面第三半导体层，所述第三半导体层为由碳纳米管层中的碳纳米管间隔的非连续性的薄层； 形成第三半导体层，所述第三半导体层为由多个沟槽间隔的非连续性的薄层； 刻蚀第三半导体层、第二半导体层、活性层及第一半导体层的部分区域，以暴露部分被包覆于第一半导体层中的碳纳米管层； 在被暴露于第一半导体层中的碳纳米管层的表面形成一第一电极，同时在第二半导体层表面的碳纳米管层及第三半导体层的表面形成一第二电极。
全文摘要
本发明提供一种发光二极管的制备方法，其包括以下步骤提供一基底，其具有一外延生长面；在所述基底的外延生长面上悬空设置碳纳米管层；在所述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，所述第一半导体层将所述碳纳米管层包覆于其中，在所述第一半导体层内形成微结构；刻蚀第二半导体层及活性层的部分区域，以暴露部分第一半导体层；形成一第一电极与第一半导体层电连接，同时形成一第二电极与第二半导体层电连接。
文档编号H01L33/00GK102760795SQ201110110728
公开日2012年10月31日 申请日期2011年4月29日 优先权日2011年4月29日
发明者范守善, 魏洋 申请人:清华大学, 鸿富锦精密工业(深圳)有限公司