專利名稱：發(fā)光二極管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)光二極管，尤其涉及一種基于碳納米管的發(fā)光二極管。
背景技術(shù)：
由氮化鎵半導(dǎo)體材料制成的高效藍(lán)光、綠光和白光發(fā)光二極管具有壽命長、節(jié)能、 綠色環(huán)保等顯著特點，已被廣泛應(yīng)用于大屏幕彩色顯示、汽車照明、交通信號、多媒體顯示 和光通訊等領(lǐng)域，特別是在照明領(lǐng)域具有廣闊的發(fā)展?jié)摿Α?傳統(tǒng)的發(fā)光二極管通常包括N-半導(dǎo)體層、P-半導(dǎo)體層、設(shè)置在N-半導(dǎo)體層與 P-半導(dǎo)體層之間的活性層、設(shè)置在P-半導(dǎo)體層上的P型電極(通常為透明電極)以及設(shè)置 在N-半導(dǎo)體層上的N型電極。發(fā)光二極管處于工作狀態(tài)時，在P-半導(dǎo)體層與N-半導(dǎo)體層 上分別施加正、負(fù)電壓，這樣，存在于P-半導(dǎo)體層中的空穴與存在于N-半導(dǎo)體層中的電子 在活性層中發(fā)生復(fù)合而產(chǎn)生光，該光透過透明電極從發(fā)光二極管中射出。
然而，現(xiàn)有的發(fā)光二極管光取出效率(光取出效率通常指活性層中所產(chǎn)生的光波 從發(fā)光二極管內(nèi)部釋放出的效率)較低，其主要原因如下其一，由于半導(dǎo)體的折射率大于 空氣的折射率，來自活性層的光波在半導(dǎo)體與空氣的界面處發(fā)生全反射，從而大部分光波 被限制在發(fā)光二極管的內(nèi)部，直至被發(fā)光二極管內(nèi)的材料完全吸收。其二，發(fā)光二極管的工 作電流容易被局限在P型電極之下而且其橫向分散距離大，電流分散不當(dāng)，導(dǎo)致了發(fā)光二 極管光取出效率低。光取出效率低導(dǎo)致發(fā)光二極管內(nèi)部產(chǎn)生大量的熱量，又因發(fā)光二極管 的結(jié)構(gòu)及材料的限制，使得發(fā)光二極管內(nèi)部產(chǎn)生的熱量散發(fā)出去較困難，從而使得半導(dǎo)體 材料的性能發(fā)生變化，降低了發(fā)光二極管的使用壽命，進而影響發(fā)光二極管的大規(guī)模應(yīng)用。
為解決上述問題，人們通過各種手段來提高發(fā)光二極管的光取出效率，如，粗 化半導(dǎo)體層表面、光子循環(huán)方法及增加反射層等，但以上方法會在不同程度上破壞半 導(dǎo)體層的晶體結(jié)構(gòu)；而且，其光取出效率提高有限。為此，R.H.Horng等人研究了一種 設(shè)置有透明導(dǎo)電層的發(fā)光二極管來提高發(fā)光二極管的光取出效率，具體請參見標(biāo)題為 "GaN-based light-emitting diodes withindium tin oxide textureing window layers using natural lithography，， (R. H. Horng et al. ， Applied Physics Letters, vol. 86， 221101 (2005))的文獻。該文獻揭示了一種發(fā)光二極管IO，請參閱圖1。該發(fā)光二極管IO 從下向上依次設(shè)置一基底110、一緩沖層120、一N型半導(dǎo)體層132、一發(fā)光層134、一P型半 導(dǎo)體層136、一透明接觸層140 ;該發(fā)光二極管10還包括一透明導(dǎo)電層150、第一電極142及 第二電極144。所述第一電極142設(shè)置于N型半導(dǎo)體層132的表面。所述透明導(dǎo)電層150 及第二電極144設(shè)置于所述透明接觸層140的表面，且共同覆蓋所述透明接觸層140。其 中，上述緩沖層120與N型半導(dǎo)體層132之間設(shè)置一無摻雜氮化鎵層122，該無摻雜氮化鎵 層122也起到緩沖的作用，有利于生長N型半導(dǎo)體，減少N型半導(dǎo)體晶格失配；該無摻雜氮 化鎵層122為一可選擇結(jié)構(gòu)。所述透明接觸層140完全覆蓋P型半導(dǎo)體層136，該透明接觸 層140具有電連接第二電極144與P型半導(dǎo)體層136的作用。所述透明導(dǎo)電層150與所述 透明接觸層140間形成歐姆接觸，并且可以使所述發(fā)光二極管10產(chǎn)生的光從該層射出。雖然所述透明導(dǎo)電層150為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，該網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)可以使工作電流橫向分布均勻，可增加光 的取出效率。但，由于該透明導(dǎo)電層150采用氧化銦錫(ITO)材料，ITO材料具有機械性能 不夠好及阻值分布不均勻等缺點。此外，ITO材料在潮濕的空氣中透明度會逐漸下降。另 外，所述透明接觸層140完全覆蓋P型半導(dǎo)體層136，可以吸收部分光。因此，該發(fā)光二極管 10的光取出效率仍較低，而且性能不穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，確有必要提供一種發(fā)光二極管，以解決發(fā)光二極管光取出效率低的問 題。 —種發(fā)光二極管，其包括一基底；一有源層設(shè)置于所述基底的表面，該有源層包 括一第一半導(dǎo)體層、一第二半導(dǎo)體層以及一活性層，該活性層設(shè)置于第一半導(dǎo)體層與第二 半導(dǎo)體層之間；一第一電極與一第二電極分別設(shè)置于所述有源層的表面，并分別與第一半 導(dǎo)體層、第二半導(dǎo)體層電連接；以及至少一透明導(dǎo)電層，該至少一透明導(dǎo)電層至少覆蓋部分 所述有源層，并與所述第一電極及第二電極中的至少一個電極電連接。其中，所述透明導(dǎo)電 層包括一碳納米管結(jié)構(gòu)。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的發(fā)光二極管采用碳納米管結(jié)構(gòu)作為透明導(dǎo)電層具 有以下優(yōu)點其一，由于碳納米管具有優(yōu)異的導(dǎo)電性能，則由碳納米管組成的碳納米管結(jié)構(gòu) 也具有優(yōu)異的導(dǎo)電性能，因此，采用上述碳納米管結(jié)構(gòu)作透明導(dǎo)電層，可以相應(yīng)的提高發(fā)光 二極管的有效工作電流，減少電流的損失。其二，由于碳納米管在潮濕的條件下具有良好的 透明度，故采用碳納米管結(jié)構(gòu)作為發(fā)光二極管的透明導(dǎo)電層，可以使該發(fā)光二極管具有較 好的透明度，避免發(fā)光二極管的光取出效率降低，進而使得該發(fā)光二極管的性能較穩(wěn)定性。


圖1是現(xiàn)有發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)剖視圖。 圖2是本發(fā)明第一實施例發(fā)光二極管立體分解示意圖。 圖3是本發(fā)明第一實施例發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖4是本發(fā)明第一實施例中作為透明導(dǎo)電層的碳納米管膜的掃描電鏡照片' 圖5是本發(fā)明第二實施例發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖6是本發(fā)明第三實施例發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明提供的發(fā)光二極管作進一步的詳細(xì)說明。
請一并參閱圖2和圖3，本發(fā)明第一實施例提供一種發(fā)光二極管20，其主要包括一 基底210、一緩沖層220、一有源層230、一第一電極242、一第二電極244、一透明導(dǎo)電層250 及一固定電極240。所述基底210、緩沖層220以及有源層230依次堆疊設(shè)置，且該緩沖層 220設(shè)置于基底210與有源層230之間。所述第一電極242、第二電極244設(shè)置于有源層 230的表面。所述透明導(dǎo)電層250與第二電極244電連接。所述固定電極240設(shè)置于有源 層230的表面。 所述基底210具有支撐的作用。所述基底210的厚度為300-500微米，其材料包括藍(lán)寶石、砷化鎵、磷化銦、偏鋁酸鋰、鎵酸鋰、氮化鋁、硅、碳化硅及氮化硅等材料中的一種。 優(yōu)選地，所述基底210的厚度為400微米，其材料為藍(lán)寶石。 所述緩沖層220設(shè)置于基底210的表面。所述緩沖層220有利于提高材料的外延 生長質(zhì)量，減少晶格失配。所述緩沖層220的厚度為10-300納米，其材料為氮化鎵或氮化 鋁等。優(yōu)選地，所述緩沖層220的厚度為20-50納米，材料為氮化鎵。所述緩沖層220為可 選擇結(jié)構(gòu)。 所述有源層230設(shè)置于所述緩沖層220相背于基底210的表面，即所述緩沖層220 位于基底210與有源層230之間?？梢岳斫?，當(dāng)沒有緩沖層220時，該有源層230直接設(shè)置 于所述基底210的表面。所述有源層230包括依次堆疊設(shè)置的第一半導(dǎo)體層232、活性層 234及第二半導(dǎo)體層236，其中，該活性層234設(shè)置于第一半導(dǎo)體層232與第二半導(dǎo)體層236 之間。 具體地，所述第一半導(dǎo)體層232靠近基底210設(shè)置?？梢岳斫猓?dāng)沒有緩沖層220 時，所述第一半導(dǎo)體層232直接設(shè)置于基底210的表面。所述有源層230為一臺階結(jié)構(gòu)，所 述活性層234與第二半導(dǎo)體層236依次設(shè)置于所述第一半導(dǎo)體層232的表面。具體地，所 述第一半導(dǎo)體層232包括一第一表面262與一第二表面264，該第一半導(dǎo)體層232的第一 表面262與第二表面264具有不同的高度，所述活性層234與第二半導(dǎo)體層236依次設(shè)置 于第一表面262，形成臺階結(jié)構(gòu)?？梢岳斫?，所述第一半導(dǎo)體層232的第一表面262與第二 表面264可位于同一平面，此時，所述活性層234與第二半導(dǎo)體層236依次設(shè)置于所述基底 210的部分表面，形成臺階結(jié)構(gòu)。 所述第一半導(dǎo)體層232、第二半導(dǎo)體層236為N型半導(dǎo)體層或P型半導(dǎo)體層兩種 類型。具體地，當(dāng)該第一半導(dǎo)體層232為N型半導(dǎo)體層時，第二半導(dǎo)體層236為P型半導(dǎo)體 層；當(dāng)該第一半導(dǎo)體層232為P型半導(dǎo)體層時，第二半導(dǎo)體層236為N型半導(dǎo)體層。所述 N-半導(dǎo)體層用于提供電子，所述P-半導(dǎo)體層起到提供空穴的作用。N型半導(dǎo)體層的材料包 括N-氮化鎵J-砷化鎵及N-磷化銅等材料中的一種。P型半導(dǎo)體層的材料包括P-氮化鎵、 P-砷化鎵及P-磷化銅等材料中的一種。所述第一半導(dǎo)體層232的厚度分別為1-5微米。 所述第二半導(dǎo)體層236的厚度為0. 1-3微米。優(yōu)選地，所述第一半導(dǎo)體層232為N型半導(dǎo) 體層，該第一半導(dǎo)體層232的厚度為2微米，材料為N型氮化鎵。所述第二半導(dǎo)體層236為 P型半導(dǎo)體層，該第二半導(dǎo)體層236的厚度為0. 3微米，材料為P型氮化鎵。
所述活性層234為包含一層或多層量子阱層的量子阱結(jié)構(gòu)(QuantumWell)。所述 活性層234用于提供光子。所述活性層234的材料包括氮化鎵、氮化銦鎵、氮化銦鎵鋁、砷化 稼、砷化鋁稼、磷化銦鎵、磷化銦砷及砷化銦鎵中的一種或幾種，其厚度為0. 01-0. 6微米。 優(yōu)選地，所述活性層234為兩層結(jié)構(gòu)，包括一氮化銦鎵層及一氮化鎵層；其厚度為O. 3微米。
所述第一電極242、第二電極244分別設(shè)置于有源層230的表面，并分別與所述第 一半導(dǎo)體層232、第二半導(dǎo)體層236電連接。所述第一電極242、第二電極244可以為N型 電極或P型電極兩種類型。所述第一電極242、第二電極244的類型分別與第一半導(dǎo)體層 232、第二半導(dǎo)體層236的類型相同。所述第一電極242、第二電極244至少為一層結(jié)構(gòu)，它 們的厚度為0. 01-2微米。所述第一電極242、第二電極244的材料包括鈦、鋁、鎳及金中的 一種或其任意組合。優(yōu)選地，所述第一電極242為N型電極，該第一電極242為兩層結(jié)構(gòu)， 包括一厚度為150埃的鈦層及一厚度為2000埃的金層。所述第二電極244為P型電極，該
6第二電極238為兩層結(jié)構(gòu)，包括一厚度為150埃的鎳層及一厚度為IOOO埃的金層。
所述透明導(dǎo)電層250設(shè)置于第二電極244與有源層230之間，并覆蓋至少部分該 有源層230的表面。優(yōu)選地，所述透明導(dǎo)電層250設(shè)置于第二電極244與第二半導(dǎo)體層236 之間，并覆蓋至少部分第二半導(dǎo)體層236的表面。 所述透明導(dǎo)電層250包括一碳納米管結(jié)構(gòu)。所述碳納米管結(jié)構(gòu)中的碳納米管有序 排列或無序排列。所述有序排列是指碳納米管有規(guī)則排列。所述無序排列是指碳納米管無 規(guī)則排列。所述碳納米管結(jié)構(gòu)包括至少一碳納米管膜、多個碳納米管線狀結(jié)構(gòu)或其組合。所 述多個碳納米管線狀結(jié)構(gòu)相互平行或交叉設(shè)置。所述碳納米管膜包括碳納米管拉膜、碳納 米管碾壓膜、絮化膜及長碳納米管膜等中的一種。所述碳納米管線狀結(jié)構(gòu)包括至少一碳納 米管線，該碳納米管線包括非扭轉(zhuǎn)碳納米管線或碳納米管絞線。 請參閱圖4，所述碳納米管膜為碳納米管拉膜。所述碳納米管膜包括多個擇優(yōu)取向 排列的碳納米管。所述碳納米管通過范德華力首尾相連。具體地，所述碳納米管膜包括多 個連續(xù)且定向排列的碳納米管片段。該多個碳納米管片段通過范德華力首尾相連。每一碳 納米管片段包括多個相互平行的碳納米管，該多個相互平行的碳納米管通過范德華力緊密 結(jié)合。該碳納米管片段具有任意的長度、厚度、均勻性及形狀。該碳納米管膜中的碳納米管 沿同一方向擇優(yōu)取向排列。所述碳納米管膜可采用直接拉伸一碳納米管陣列的方式獲得， 其中，該碳納米管膜中的碳納米管排列方向與拉伸方向相同。所述碳納米管膜的寬度與碳 納米管陣列所生長的基底的尺寸有關(guān)，該碳納米管膜的長度不限，可根據(jù)實際需求制得。進 一步地，所述碳納米管結(jié)構(gòu)包括至少兩個重疊設(shè)置的碳納米管膜，相鄰兩層碳納米管膜中 的碳納米管之間具有一交叉角度a，且O。《a《90° 。所述碳納米管結(jié)構(gòu)及其制備方法 請參閱馮辰等人的標(biāo)題為"碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)及其制備方法"(申請日2007年2月9日，
公開日2008年8月13日，公開號:C訓(xùn)1239712A)的大陸專利申請。 可選擇地，所述碳納米管膜為碳納米管碾壓膜。所述碳納米管膜包括多個均勻分 布的碳納米管，碳納米管各向同性，沿同一方向或不同方向擇優(yōu)取向排列。所述碳納米管膜 中的碳納米管相互交疊。所述碳納米管膜可通過碾壓一碳納米管陣列獲得。所述碳納米管 結(jié)構(gòu)的長度和寬度不限。所述碳納米管膜的厚度為l微米 l毫米。所述碳納米管碾壓 膜的結(jié)構(gòu)及其制備方法請參閱劉長洪等人的標(biāo)題為"碳納米管薄膜的制備方法"(申請日 2007年6月1日，申請?zhí)?00710074699. 6)的大陸專利申請。 可選擇地，所述碳納米管膜為碳納米管絮化膜。所述碳納米管膜包括多個相互纏 繞的碳納米管，通過范德華力相互吸引、纏繞，形成網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)。所述碳納米管膜各向同性， 其中的碳納米管均勻分布，無規(guī)則排列。所述碳納米管膜的長度和寬度不限。所述碳納米管 膜的結(jié)構(gòu)及制備方法請參閱王鼎等人的標(biāo)題為"碳納米管薄膜的制備方法"(申請日2007 年4月13日，申請?zhí)?00710074027. 5)的大陸專利申請。 可選擇地，所述碳納米管膜為長碳納米管膜。所述碳納米管膜包括多個擇優(yōu)取向 排列的碳納米管。該多個碳納米管之間相互平行，并排設(shè)置且通過范德華力緊密結(jié)合。該 多個碳納米管具有大致相等的長度，且其長度可達到毫米量級。所述碳納米管膜的長度可 與碳納米管的長度相等。所述碳納米管膜的長度受碳納米管的長度的限制。所述碳納米管 膜的結(jié)構(gòu)及其制備方法請參閱王雪深等人的標(biāo)題為"碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)及其制備方法"(申 請日:2008年2月1日，申請?zhí)?00810066048. 7)的大陸專利申請。
所述碳納米管線為非扭轉(zhuǎn)碳納米管線。所述碳納米管線包括多個碳納米管首尾相 連并沿該碳納米管線長度方向排列。具體地，該碳納米管線包括多個碳納米管片段，該多個 碳納米管片段通過范德華力首尾相連，每一碳納米管片段包括多個相互平行并通過范德華 力緊密結(jié)合的碳納米管。該碳納米管片段具有任意的長度、厚度、均勻性及形狀。該碳納米 管線的長度不限，直徑為0. 5納米-100微米。所述碳納米管線及其制備方法請參閱姜開利 等人的標(biāo)題為"一種碳納米管繩及其制備方法"(申請日2002年9月16日，公告日2008 年8月20日，公告號:C誦411979C)的大陸專利。 可選擇地，所述碳納米管線為碳納米管絞線。所述碳納米管線還進一步包括多個 繞碳納米管線長度方向螺旋排列的碳納米管。具體地，該碳納米管線包括多個碳納米管片 段，該多個碳納米管片段通過范德華力首尾相連，每一碳納米管片段包括多個相互平行并 通過范德華力緊密結(jié)合的碳納米管。該碳納米管片段具有任意的長度、厚度、均勻性及形 狀。該碳納米管線的長度不限，直徑為0.5納米-100微米。該碳納米管線為采用一機械力 將一碳納米管拉膜兩端沿相反方向扭轉(zhuǎn)獲得。 可以理解，所述碳納米管結(jié)構(gòu)并不限制于上述的碳納米管膜及多個碳納米管線狀 結(jié)構(gòu)，其它任何碳納米管結(jié)構(gòu)只要具有透明導(dǎo)電性能并能提高發(fā)光二極管的光取出效率， 均在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。 所述碳納米管包括單壁碳納米管、雙壁碳納米管和多壁碳納米管中的一種或多 種。所述單壁碳納米管的直徑為0. 5納米 50納米，雙壁碳納米管的直徑為1納米 50 納米，多壁碳納米管的直徑為1. 5納米 50納米。 優(yōu)選地，所述透明導(dǎo)電層250包括一碳納米管結(jié)構(gòu)，所述碳納米管結(jié)構(gòu)為兩層碳 納米管膜，該碳納米管膜包括多個碳納米管首尾相連且擇優(yōu)取向排列。具體地，所述碳納米 管膜包括多個連續(xù)且定向排列的碳納米管片段。該多個碳納米管片段通過范德華力首尾相 連。每一碳納米管片段包括多個相互平行的碳納米管，該多個相互平行的碳納米管通過范 德華力緊密結(jié)合。所述兩層碳納米管膜重疊設(shè)置，且每層碳納米管膜中的碳納米管沿同一 方向擇優(yōu)取向排列。具體地，所述透明導(dǎo)電層250中的兩層碳納米管膜相互重疊設(shè)置，相鄰 的兩層碳納米管膜中的碳納米管具有一交叉角度a，其中a為90度。所述碳納米管為多 壁碳納米管，該多壁碳納米管的直徑為1. 5納米 50納米。 所述固定電極240設(shè)置于有源層230的表面，且覆蓋至少部分該有源層230。具 體地，所述固定電極240設(shè)置于所述第二半導(dǎo)體層236的表面，并與所述透明導(dǎo)電層250至 少部分接觸。優(yōu)選地，所述固定電極240設(shè)置于第二半導(dǎo)體層236與透明導(dǎo)電層250之間， 并相對于第二電極244設(shè)置。所述固定電極240至少為一層結(jié)構(gòu)，其材料包括鈦、鋁、鎳及 金中的一種或其任意組合。優(yōu)選地，所述固定電極240為兩層結(jié)構(gòu)，包括一厚度為150埃的 鎳層，另一厚度為1000埃的金層。所述固定電極240的設(shè)置既有利于增強所述透明導(dǎo)電層 250在第二半導(dǎo)體層236上的附著力，又利于所述第二電極244、透明導(dǎo)電層250與第二半 導(dǎo)體層236的電連接。所述固定電極240為可選擇的結(jié)構(gòu)。 當(dāng)所述發(fā)光二極管20處于工作狀態(tài)時，第二電極244有少量空穴產(chǎn)生，第一電極 242有少量電子產(chǎn)生。第二電極244產(chǎn)生的一部分空穴經(jīng)過透明導(dǎo)電層250到達第二半導(dǎo) 體層236，并誘發(fā)第二半導(dǎo)體層236使其產(chǎn)生大量的空穴；同時，第二電極244產(chǎn)生的另一 部分空穴從第二電極244開始，依次經(jīng)過透明導(dǎo)電層250、固定電極240到達第二半導(dǎo)體層
8236，并誘發(fā)第二半導(dǎo)體層236使其產(chǎn)生大量的空穴；之后，這些空穴移動至活性層234。其 中，透明導(dǎo)電層250與第二半導(dǎo)體層236直接電連接，有利于電流的橫向分散以及均勻分 布，進而提高發(fā)光二極管20的光的取出效率。電子從第一電極242移動至第一半導(dǎo)體層 232，并誘發(fā)第一半導(dǎo)體層232產(chǎn)生大量的電子；之后，電子移動至活性層234。這些空穴和 電子在活性層234相遇，并發(fā)生撞擊，產(chǎn)生光子。 大部分的光子經(jīng)過第二半導(dǎo)體層236，到達透明導(dǎo)電層250。其中，當(dāng)這部分的光 不經(jīng)過固定電極240，而從透明導(dǎo)電層250中直接折射出去時，可避免固定電極240吸收光 而降低光的取出效率。同時，一部分的光子從活性層234到達第一半導(dǎo)體層232，并從第一 半導(dǎo)體層232的第二表面264折射出去。還有一部分的光子在該發(fā)光二極管20的內(nèi)部經(jīng) 過多次折射并射出。因此，所述發(fā)光二極管20具有較高的光取出效率。
請參閱圖5，本發(fā)明第二實施例提供一種發(fā)光二極管30，其主要包括一基底310、 一緩沖層320、一有源層330、一第一電極342、一第二電極344、一透明導(dǎo)電層350及一固定 電極340 ;其中，所述有源層330包括一第一半導(dǎo)體層332、一活性層334及一第二半導(dǎo)體層 336，且該活性層334設(shè)置于第一半導(dǎo)體層332與第二半導(dǎo)體層336之間。所述第一半導(dǎo)體 層332包括一第一表面362及一第二表面364，該第一表面362與第二表面364具有不同的 高度，所述活性層334與第二半導(dǎo)體層336依次設(shè)置于第一表面362，形成臺階結(jié)構(gòu)?？梢?理解，所述第一表面362與第二表面364可以位于同一平面，此時所述活性層334與第二半 導(dǎo)體層336依次設(shè)置于所述基底310的部分表面，形成臺階結(jié)構(gòu)。 第二實施例發(fā)光二極管30與第一實施例發(fā)光二極管20的結(jié)構(gòu)基本相同，其區(qū)別 在于發(fā)光二極管30中，透明導(dǎo)電層350覆蓋第一半導(dǎo)體層332的至少部分第二表面364， 并與第一電極342電連接。所述透明導(dǎo)電層350的結(jié)構(gòu)與第一實施例中的透明導(dǎo)電層250 的結(jié)構(gòu)相同。所述固定電極340設(shè)置于第一半導(dǎo)體層332的第二表面364與透明導(dǎo)電層 350之間，并與所述第一電極342相對設(shè)置。 本實施例提供的發(fā)光二極管30處于工作狀態(tài)時，第二電極344有少量空穴產(chǎn)生， 第一電極342有少量電子產(chǎn)生。第二電極344產(chǎn)生的少量空穴移動至第二半導(dǎo)體層336，并 誘發(fā)第二半導(dǎo)體層336產(chǎn)生大量的空穴；之后，這些空穴移動之活性層334。同時，所述少 量電子從第一電極342開始移動，移動至第一半導(dǎo)體層332，并誘發(fā)第一半導(dǎo)體層332產(chǎn)生 大量的電子；之后，這些電子移動至活性層334。這些空穴和電子在活性層334相遇，并發(fā) 生撞擊，產(chǎn)生光子。 一部分光子移動到第二半導(dǎo)體層336，并從第二半導(dǎo)體層336的表面折 射出去；同時，大部分的光子經(jīng)過第一半導(dǎo)體層332，到達透明導(dǎo)電層350，其中的大部分光 從透明導(dǎo)電層350中直接折射出去；還有一部分的光子在該發(fā)光二極管30的內(nèi)部經(jīng)過多次 折射并射出。 請參閱圖6，本發(fā)明第三實施例提供一種發(fā)光二極管40。該發(fā)光二極管40的結(jié)構(gòu) 主要包括一基底410、一緩沖層420、一有源層430、一第一電極442、一第二電極444、一第 一透明導(dǎo)電層450、一第二透明導(dǎo)電層452、一第一固定電極446及一第二固定電極440 ;其 中，所述有源層430包括一第一半導(dǎo)體層432、一活性層434及一第二半導(dǎo)體層436，且該活 性層434設(shè)置于第一半導(dǎo)體層432與第二半導(dǎo)體層436之間。第一半導(dǎo)體層432包括一第 一表面462與一第二表面464，該第一表面462與第二表面464具有不同的高度，所述活性 層434與第二半導(dǎo)體層436依次設(shè)置于第一表面462，形成臺階結(jié)構(gòu)。可以理解，所述第一
9表面462與第二表面464可以位于同一平面，此時所述活性層434與第二半導(dǎo)體層436設(shè) 置于所述基底410的部分表面，形成臺階結(jié)構(gòu)。所述第二透明導(dǎo)電層452覆蓋所述第二半 導(dǎo)體層436的至少部分表面，并與第二電極444電連接。所述第二固定電極440設(shè)置于第 二半導(dǎo)體層436與第二透明導(dǎo)電層452之間，并與所述第二電極444相對設(shè)置。
第三實施例發(fā)光二極管40與第一實施例發(fā)光一極管20的結(jié)構(gòu)基本相同，其區(qū)別 在于所述發(fā)光二極管40中，所述第一透明導(dǎo)電層450覆蓋第一半導(dǎo)體層432的臺階結(jié)構(gòu) 的至少部分第二表面464，并與第一電極442電連接。所述第一透明導(dǎo)電層450、第二透明 導(dǎo)電層452分別與第一電極442、第二電極444電連接，可以使所述發(fā)光二極管40產(chǎn)生的光 從第一半導(dǎo)體層432、第二半導(dǎo)體層436中射出。所述第一透明導(dǎo)電層450及第二透明導(dǎo) 電層452包括氧化銦鉈、氧化鋅、鎳金合金、氧化錫或碳納米管結(jié)構(gòu)等中的一種。所述第一 透明導(dǎo)電層450及第二透明導(dǎo)電層452至少有一個透明導(dǎo)電層為碳納米管結(jié)構(gòu)。所述碳納 米管結(jié)構(gòu)與第一實施例的碳納米管結(jié)構(gòu)相同。所述第一固定電極446設(shè)置于第一半導(dǎo)體層 432的臺階結(jié)構(gòu)的第二表面464與所述第一透明導(dǎo)電層450之間，并與所述第一電極442相 對設(shè)置。 本發(fā)明實施例提供的發(fā)光二極管，采用碳納米管結(jié)構(gòu)作為透明導(dǎo)電層具有以下優(yōu) 點其一，由于碳納米管具有優(yōu)異的導(dǎo)電性能，則由碳納米管組成的碳納米管結(jié)構(gòu)也具有優(yōu) 異的導(dǎo)電性能，因此，采用上述碳納米管結(jié)構(gòu)作透明導(dǎo)電層，可以相應(yīng)的提高發(fā)光二極管的 有效工作電流，減少電流的損失。其二，由于碳納米管在潮濕的環(huán)境中具有良好的透明度， 故采用碳納米管結(jié)構(gòu)作為發(fā)光二極管的透明導(dǎo)電層，可以使該發(fā)光二極管具有較好的透明 度，避免發(fā)光二極管在潮濕的環(huán)境下，光取出效率降低。第三，當(dāng)碳納米管結(jié)構(gòu)中的碳納米 管有序排列，使得其中的碳納米管的孔隙有序排列，使得該碳納米管膜具有光子晶體結(jié)構(gòu) 的特性，光可以從碳納米管之間的孔隙中射出，從而提高光的取出效率，減少發(fā)光二極管內(nèi) 部熱量的產(chǎn)生，延長發(fā)光二極管的使用壽命。第四，碳納米管結(jié)構(gòu)中的碳納米管有序排列， 可以使發(fā)光二極管的工作電流分布均勻，避免因電流分布不均，而造成光取出效率降低。此 外，透明導(dǎo)電層與半導(dǎo)體層直接電連接，既減少了工作電流的損失，增加了發(fā)光二極管的發(fā) 光效率；又減少了光被固定電極吸收，提高發(fā)光二極管的光取出效率。因此，本實施例提供 的發(fā)光二極管具有使用壽命長，光取出效率高、性能穩(wěn)定的特點。 另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可在本發(fā)明精神內(nèi)做其它變化。當(dāng)然，這些依據(jù)本發(fā)明精 神所做的變化，都應(yīng)包含在本發(fā)明所要求保護的范圍之內(nèi)。
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權(quán)利要求
一種發(fā)光二極管，其包括一基底；一有源層設(shè)置于所述基底的表面，該有源層包括一第一半導(dǎo)體層、一第二半導(dǎo)體層以及一活性層，該活性層設(shè)置于該第一半導(dǎo)體層與該第二半導(dǎo)體層之間；一第一電極與一第二電極分別設(shè)置于所述有源層的表面，并分別與所述第一半導(dǎo)體層、所述第二半導(dǎo)體層電連接；以及至少一透明導(dǎo)電層，該至少一透明導(dǎo)電層覆蓋至少部分所述有源層，并與所述第一電極及第二電極中的至少一個電極電連接；其特征在于所述至少一透明導(dǎo)電層包括一碳納米管結(jié)構(gòu)。
2. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述碳納米管結(jié)構(gòu)包括多個碳納米 管，該多個碳納米管有序或無序排列。
3. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述碳納米管結(jié)構(gòu)包括至少一碳納 米管膜、多個碳納米管線狀結(jié)構(gòu)或其組合。
4. 如權(quán)利要求3所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述碳納米管結(jié)構(gòu)包括至少兩層重 疊設(shè)置的碳納米管膜。
5. 如權(quán)利要求3所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述碳納米管膜包括多個碳納米管 首尾相連且沿同一方向擇優(yōu)取向排列，相鄰的碳納米管之間通過范德華力緊密結(jié)合。
6 . 如權(quán)利要求3所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述碳納米管膜包括多個碳納米管 平行于碳納米管膜的表面。
7. 如權(quán)利要求3所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述碳納米管膜包括多個碳納米管 相互交疊，且各向同性或沿一個方向或多個方向擇優(yōu)取向排列。
8. 如權(quán)利要求3所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述碳納米管膜包括多個碳納米管 通過范德華力相互纏繞。
9. 如權(quán)利要求3所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述碳納米管線狀結(jié)構(gòu)包括至少一 碳納米管線，該碳納米管線包括多個碳納米管首尾相連且沿該碳納米管線長度方向擇優(yōu)取 向排列或繞碳納米管線長度方向螺旋排列。
10. 如權(quán)利要求3所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述多個碳納米管線狀結(jié)構(gòu)相互平 行或交叉設(shè)置。
11. 如權(quán)利要求l所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述有源層具有一臺階結(jié)構(gòu)，所述 活性層和第二半導(dǎo)體層堆疊設(shè)置于第一半導(dǎo)體層的部分表面，并暴露出部分第一半導(dǎo)體 層；所述第一電極設(shè)置于第一半導(dǎo)體層暴露出的表面，所述第二半導(dǎo)體層設(shè)置于第二半導(dǎo) 體層的表面。
12. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述第一半導(dǎo)體層為N型半導(dǎo)體層、 第二半導(dǎo)體層為P型半導(dǎo)體層，或第一半導(dǎo)體層為P型半導(dǎo)體層、第二半導(dǎo)體層為N型半導(dǎo) 體層。
13. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述有源層的表面進一步設(shè)置有至 少一固定電極，該至少一固定電極與所述至少一透明導(dǎo)電層至少部分接觸。
14. 如權(quán)利要求13所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述固定電極設(shè)置于所述有源層 與所述至少一透明導(dǎo)電層之間。
15.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述基底與有源層之間進一步設(shè)置 有一緩沖層，該緩沖層的材料為氮化鎵或氮化鋁。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種發(fā)光二極管，其包括一基底；一有源層設(shè)置于所述基底的表面，該有源層包括一第一半導(dǎo)體層、一第二半導(dǎo)體層以及一活性層，該活性層設(shè)置于第一半導(dǎo)體層與第二半導(dǎo)體層之間；一第一電極、第二電極設(shè)置于所述有源層的表面，并分別與第一半導(dǎo)體層、第二半導(dǎo)體層電連接；以及至少一透明導(dǎo)電層，該至少一透明導(dǎo)電層覆蓋至少部分所述有源層，并與所述第一電極及第二電極中的至少一個電極電連接。其中，所述透明導(dǎo)電層為碳納米管結(jié)構(gòu)。
文檔編號H01L33/00GK101752477SQ20081021791
公開日2010年6月23日 申請日期2008年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月28日
發(fā)明者姜開利, 李群慶, 范守善 申請人:清華大學(xué);鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司