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及其制备方法，尤其涉及一种基于碳纳米管的发光二极管及其制备方法。
背景技术：
发光二极管(LED)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横向结构的发光二极管和垂直结构的发光二极管两 种。横向结构的发光二极管通常功率较小，能耗较大，而垂直结构的发光二极管可以获得较大功率。然而，现有的垂直结构的发光二极管通常需要先在蓝宝石基底上生长氮化镓外延层，然后剥离蓝宝石基底，再设置电极。由于剥离蓝宝石基底难度较大，需要激光照射和酸性溶液浸泡等复杂工艺，从而使得垂直结构的发光二极管的制备工艺复杂，成本较高。进一步，现有的发光二极管的光取出效率(光取出效率通常指活性层中所产生的光从发光二极管内部释放出的效率)较低，其主要原因是由于半导体(通常为氮化镓)的折射率大于空气的折射率，来自活性层的大角度光在半导体与空气的界面处发生全反射，从而大部分大角度光被限制在发光二极管的内部，直至以热等方式耗散。这对发光二极管而言非常不利。
发明内容
综上所述，确有必要提供一种制备工艺简单，成本低廉的且功率较大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，且该基底具有一外延生长面；在所述基底的外延生长面设置一碳纳米管层；在基底的外延生长面生长一半导体外延层，其中，所述半导体外延层包括一 N型半导体层、一活性层以及一 P型半导体层；蚀刻所述半导体外延层，从而使部分碳纳米管层暴露；以及设置一第一电极和一第二电极，其中，所述第一电极设置于所述半导体外延层远离基底的表面，所述第二电极设置于所述碳纳米管层暴露的部分表面。—种发光二极管的制备方法，其包括以下步骤提供一基底，且该基底具有一外延生长面；在所述基底的外延生长面设置一图案化的碳纳米管层，且该碳纳米管层为一连续的整体结构；在基底的外延生长面依次生长一第一半导体层、一活性层以及一第二半导体层，以将碳纳米管层覆盖；蚀刻所述第一半导体层、活性层和第二半导体层，从而使部分碳纳米管层暴露；设置一第一电极与所述第二半导体层电连接；以及设置一第二电极与所述碳纳米管层暴露的部分电连接。与现有技术相比，所述发光二极管的制备过程中，无需剥离基底就可以制备功率较大的发光二极管，工艺简单，成本低廉。
图I为本发明实施例提供的发光二极管的制备方法的工艺流程图。图2为本发明实施例的发光二极管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为本发明实施例的发光二极管中采用的多层交叉设置的碳纳米管膜的扫描
电镜照片。图5为本发明实施例的发光二极管中采用的非扭转的碳纳米管线的扫描电镜照片。图6为本发明实施例的发光二极管中采用的扭转的碳纳米管线的扫描电镜照片。图7为本发明实施例的发光二极管中半导体外延层生长过程示意图。图8为本发明第一实施例提供的发光二极管的立体结构示意图。图9为图8所示的发光二极管沿线IX-IX的剖面示意图。图10为本发明第一实施例的发光二极管截面的扫描电镜照片。图11为本发明第一实施例的发光二极管界面处的透射电镜照片。图12为本发明第二实施例提供的发光二极管的剖面示意图。图13为本发明第三实施例提供的发光二极管的剖面示意图。图14为本发明第四实施例提供的发光二极管的立体结构示意图。图15为本发明第五实施例提供的发光二极管的立体结构示意图。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，且该基底具有一外延生长面； 在所述基底的外延生长面设置一碳纳米管层； 在基底的外延生长面生长一半导体外延层，其中，所述半导体外延层包括一N型半导体层、一活性层以及一P型半导体层； 蚀刻所述半导体外延层，从而使部分碳纳米管层暴露；以及 设置一第一电极和一第二电极，其中，所述第一电极设置于所述半导体外延层远离基底的表面，所述第二电极设置于所述碳纳米管层暴露的部分表面。
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，所述在基底的外延生长面设置一碳纳米管层的方法为将碳纳米管膜或碳纳米管线直接铺设在所述基底的外延生长面作为碳纳米管层。
3.如权利要求I所述的发光二极管，其特征在于，所述碳纳米管层包括多个碳纳米管沿着平行于碳纳米管层表面以及外延生长面的方向延伸。
4.如权利要求3所述的发光二极管，其特征在于，所述碳纳米管层包括至少一层碳纳米管膜，该碳纳米管膜中的碳纳米管沿同一方向择优取向延伸，且沿同一方向相邻的碳纳米管通过范德华力首尾相连。
5.如权利要求I所述的发光二极管，其特征在于，所述碳纳米管层包括多个平行设置且平行于外延生长面的碳纳米管线或多个交叉设置且平行于外延生长面的碳纳米管线。
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，所述碳纳米管层中具有多个开口，所述半导体外延层从所述基底的外延生长面通过该开口暴露的部分生长。
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，所述半导体外延层的生长方法具体包括以下步骤 沿着基本垂直于所述基底的外延生长面方向成核并外延生长形成多个半导体外延晶粒; 所述多个半导体外延晶粒沿着基本平行于所述基底的外延生长面方向外延生长形成一连续的半导体外延薄膜； 所述半导体外延薄膜沿着基本垂直于所述基底的外延生长面方向外延生长，并依次形成N型半导体层、活性层以及P型半导体层从而的得到一半导体外延层；以及 对所述半导体外延层进行退火处理。
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，所述半导体外延层在所述碳纳米管层周围形成多个孔洞，且该多个孔洞将所述碳纳米管层中的碳纳米管包围。
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，所述半导体外延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。
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，所述蚀刻半导体外延层的步骤通过光刻技术实现，所述第一电极和第二电极通过薄膜技术和光刻工艺制备。
11.如权利要求I所述的发光二极管的制备方法，其特征在于，在所述基底的外延生长面设置一碳纳米管层之前进一步包括一在所述基底的外延生长面生长一本征半导体层的步骤的步骤。
12.如权利要求I所述的发光二极管的制备方法，其特征在于，在蚀刻所述半导体外延层之前进一步包括一在该半导体外延层表面形成微结构的步骤。
13.如权利要求12所述的发光二极管的制备方法，其特征在于，所述在半导体外延层表面形成微结构的方法为在半导体外延层表面设置一碳纳米管层，然后在半导体外延层的表面垂直生长非连续性的半导体外延晶粒层。
14.如权利要求I所述的发光二极管的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管层包括多个碳纳米管，且进一步包括一在碳纳米管表面包覆一掺杂的碳化硅导电层的步骤。
15.一种发光二极管的制备方法，其包括以下步骤 提供一基底，且该基底具有一外延生长面； 在所述基底的外延生长面设置一图案化的碳纳米管层，且该碳纳米管层为一连续的整体结构； 在基底的外延生长面依次生长一第一半导体层、一活性层以及一第二半导体层，以将碳纳米管层覆盖； 蚀刻所述第一半导体层、活性层和第二半导体层，从而使部分碳纳米管层暴露； 设置一第一电极与所述第二半导体层电连接；以及 设置一第二电极与所述碳纳米管层暴露的部分电连接。
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，所述第一半导体层靠近基底的表面形成一图案化的微结构，且该图案化的微结构与图案化的碳纳米管层中的图案基本相同。
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，所述碳纳米管层为多个平行设置且与外延生长面平行的碳纳米管线，所述图案化的微结构为多个基本平行设置的沟槽。
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，所述蚀刻的步骤中使每个碳纳米管线均部分暴露，且每个碳纳米管线暴露的部分均与所述第二电极接触并电连接。
19.如权利要求16所述的发光二极管的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管层为多个交叉设置且与外延生长面平行的碳纳米管线，所述案化的微结构为多个交叉设置的沟槽 网络。
全文摘要
本发明涉及一种发光二极管的制备方法，其包括以下步骤提供一基底，且该基底具有一外延生长面；在所述基底的外延生长面设置一碳纳米管层；在基底的外延生长面生长一半导体外延层，其中，所述半导体外延层包括一N型半导体层、一活性层以及一P型半导体层；蚀刻所述半导体外延层，从而使部分碳纳米管层暴露；以及设置一第一电极和一第二电极，其中，所述第一电极设置于所述半导体外延层远离基底的表面，所述第二电极设置于所述碳纳米管层暴露的部分表面。
文档编号H01L33/00GK102760796SQ201110110729
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