專利名稱：發(fā)光二極管的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)光二極管及其制備方法，尤其涉及一種基于碳納米管的發(fā)光二極管及其制備方法。
背景技術：
發(fā)光二極管(LED)具有壽命長、節(jié)能、綠色環(huán)保等顯著特點，已被廣泛應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域，特別是在照明領域具有廣闊的發(fā)展?jié)摿?。傳統(tǒng)的發(fā)光二極管通常包括橫向結構的發(fā)光二極管和垂直結構的發(fā)光二極管兩種。橫向結構的發(fā)光二極管通常功率較小，能耗較大，而垂直結構的發(fā)光二極管可以獲得較 大功率。然而，現(xiàn)有的垂直結構的發(fā)光二極管通常需要先在藍寶石基底上生長氮化鎵外延層，然后剝離藍寶石基底，再設置電極。由于剝離藍寶石基底難度較大，需要激光照射和酸性溶液浸泡等復雜工藝，從而使得垂直結構的發(fā)光二極管的制備工藝復雜，成本較高。進一步，現(xiàn)有的發(fā)光二極管的光取出效率(光取出效率通常指活性層中所產(chǎn)生的光從發(fā)光二極管內(nèi)部釋放出的效率)較低，其主要原因是由于半導體(通常為氮化鎵)的折射率大于空氣的折射率，來自活性層的大角度光在半導體與空氣的界面處發(fā)生全反射，從而大部分大角度光被限制在發(fā)光二極管的內(nèi)部，直至以熱等方式耗散。這對發(fā)光二極管而言非常不利。

發(fā)明內(nèi)容
綜上所述，確有必要提供一種制備工藝簡單，成本低廉的且功率較大的發(fā)光二極管。—種發(fā)光二極管，其包括一基底，該基底具有一外延生長面；一碳納米管層設置在所述基底的外延生長面；一第一半導體層、一活性層以及一第二半導體層依次層疊設置于所述基底的外延生長面一側(cè)形成一半導體外延層，且所述碳納米管層的一部分被所述半導體外延層覆蓋，另一部分暴露；一第一電極與所述第二半導體層電連接；以及一第二電極與所述碳納米管層暴露的部分電連接?！N發(fā)光二極管，其包括一基底，該基底具有一外延生長面；一第一半導體層、一活性層以及一第二半導體層依次層疊設置于所述基底的外延生長面一側(cè)形成一半導體外延層，且所述外延生長面的一部分被所述半導體外延層覆蓋，另一部分暴露；一第一電極與所述第二半導體層電連接；以及一第二電極與所述第一半導體層電連接；其中，進一步包括一圖形化的碳納米管層，該碳納米管層為一設置于所述第一半導體層與基底之間的連續(xù)的整體結構，并延伸設置于外延生長面暴露的部分表面，且該第二電極設置于該碳納米管層暴露的部分表面。與現(xiàn)有技術相比，所述發(fā)光二極管包括一碳納米管層一部分設置于所述第一半導體層與基底之間，另一部分暴露，且該第二電極設置于該碳納米管層暴露的部分表面，因此，該發(fā)光二極管具有較短的電流路徑，可以減小發(fā)光二極管的能耗，增大其功率。該垂直
結構的發(fā)光二極管制備工藝簡單，成本低廉。


圖I為本發(fā)明實施例提供的發(fā)光二極管的制備方法的工藝流程圖。圖2為本發(fā)明實施例的發(fā)光二極管中采用的碳納米管膜的掃描電鏡照片。圖3為圖2中的碳納米管膜中的碳納米管片段的結構示意圖。圖4為本發(fā)明實施例的發(fā)光二極管中采用的多層交叉設置的碳納米管膜的掃描
電鏡照片。 圖5為本發(fā)明實施例的發(fā)光二極管中采用的非扭轉(zhuǎn)的碳納米管線的掃描電鏡照片。圖6為本發(fā)明實施例的發(fā)光二極管中采用的扭轉(zhuǎn)的碳納米管線的掃描電鏡照片。圖7為本發(fā)明實施例的發(fā)光二極管中半導體外延層生長過程示意圖。圖8為本發(fā)明第一實施例提供的發(fā)光二極管的立體結構示意圖。圖9為圖8所示的發(fā)光二極管沿線IX-IX的剖面示意圖。圖10為本發(fā)明第一實施例的發(fā)光二極管截面的掃描電鏡照片。圖11為本發(fā)明第一實施例的發(fā)光二極管界面處的透射電鏡照片。圖12為本發(fā)明第二實施例提供的發(fā)光二極管的剖面示意圖。圖13為本發(fā)明第三實施例提供的發(fā)光二極管的剖面示意圖。圖14為本發(fā)明第四實施例提供的發(fā)光二極管的立體結構示意圖。圖15為本發(fā)明第五實施例提供的發(fā)光二極管的立體結構示意圖。主要元件符號說明
發(fā)光二極管 |10，20，30，40，50
基底_100_
夕卜延生長面_101_
碳納米管層 102
孔洞_103_
半導體外延層 TH 半導體外延晶粒 13
半導體夕卜延薄膜 1044_
至— 105 N型半導體層 M 活性層—
P型半導體層 108_
第一電極_j_io_
第二電極1~12
本征半導體層 114_
碳納米管片段—143 碳納米管1145
如下具體實施方式
將結合上述附圖進一步說明本發(fā)明。
具體實施例方式以下將結合附圖詳細說明本發(fā)明提供的發(fā)光二極管及其制備方法的實施方式以及具體實施例。為了便于理解本發(fā)明的技術方案，首先介紹本發(fā)明實施方式提供的一種發(fā)光二極管的制備方法。請參閱圖1，本發(fā)明實施方式提供一種發(fā)光二極管10的制備方法，其具體包括以下步驟
SlO :提供一基底100，且該基底100具有一支持半導體外延層104生長的外延生長面
101 ；
S20 :在所述基底100的外延生長面101設置一碳納米管層102 ；
S30:在所述基底100的外延生長面101生長一半導體外延層104，其中，所述半導體外延層104包括一 N型半導體層106、一活性層107以及一 P型半導體層108 ；
S40:蝕刻所述半導體外延層104，從而使部分碳納米管層102暴露； S50 :設置一第一電極110和一第二電極112,其中，所述第一電極110設置于所述半導體外延層104遠離基底100的一表面，所述第二電極112設置于所述碳納米管層102暴露的部分表面。步驟SlO中，所述基底100提供了半導體外延層104的外延生長面101。所述基底100的外延生長面101為一潔凈的平滑的表面。所述基底100可以為單層或多層結構。當所述基底100為單層結構時，該基底100可以為一單晶結構體，且具有一晶面作為半導體外延層104的外延生長面101。所述單層結構的基底100的材料可以為GaAs、GaN, A1N、Si、S0I、SiC、Mg0、Zn0、LiGa02、LiA102* Al2O3等。當所述基底100為多層結構時，其需要包括至少一層上述單晶結構體，且該單晶結構體具有一晶面作為半導體外延層104的外延生長面101。所述基底100的材料可以根據(jù)所要生長的半導體外延層104來選擇，優(yōu)選地，使所述基底100與半導體外延層104具有相近的晶格常數(shù)以及熱膨脹系數(shù)。所述基底100的厚度、大小和形狀不限，可以根據(jù)實際需要選擇。所述基底100不限于上述列舉的材料，只要支持半導體外延層104生長的基底100均屬于本發(fā)明的保護范圍。在步驟S20中，所述碳納米管層102包括多個碳納米管。所述碳納米管層102的厚度為I納米 100微米，比如I納米、10納米、200納米,I微米或10微米。優(yōu)選地,所述碳納米管層102的厚度為100納米。所述碳納米管層102中的碳納米管可以為單壁碳納米管、雙壁碳納米管或多壁碳納米管中的一種或多種，其長度和直徑可以根據(jù)需要選擇。所述碳納米管層102為一圖形化結構。當所述碳納米管層102設置在所述基底100的外延生長面101時，使所述基底100的外延生長面101對應該圖形暴露出來，以便于在該暴露出來的部分基底100的外延生長面101上生長半導體外延層104，即所述碳納米管層102起掩模作用。所述“圖形化結構”是指所述碳納米管層102具有多個空隙105，該多個空隙105從所述碳納米管層102的厚度方向貫穿所述碳納米管層102。所述空隙105可以為多個相鄰的碳納米管圍成的微孔或者沿碳納米管軸向延伸方向延伸呈條形的相鄰碳納米管之間的間隙。所述空隙105為微孔時其孔徑(平均孔徑)范圍為10納米飛00微米，所述空隙105為間隙時其寬度(平均寬度)范圍為10納米飛00微米。以下稱為“所述空隙105的尺寸”是指孔徑或間隙寬度的尺寸范圍。所述碳納米管層102中所述微孔和間隙可以同時存在并且兩者尺寸可以在上述尺寸范圍內(nèi)不同。所述空隙105的尺寸可以為10納米 300微米，比如10納米、I微米、10微米、80微米或120微米等。所述空隙105的尺寸越小，有利于在生長外延層的過程中減少位錯等缺陷的產(chǎn)生，以獲得高質(zhì)量的半導體外延層104。優(yōu)選地，所述空隙105的尺寸為10納米 10微米。空隙105的尺寸為10納米 10微米。進一步地，所述碳納米管層102的占空比為1:100 100:1，如1:10、1:2、1:4、4:1、2:1或10:1。優(yōu)選地，所述占空比為1:41:1。所謂“占空比”指該碳納米管層102設置于基底100的外延生長面101后，該外延生長面101被碳納米管層102占據(jù)的部分與通過空隙105暴露的部分的面積比。本實施例中，所述空隙105在所述碳納米管層102中均勻分布。所述碳納米管層102具有如前所述的圖形效果的前提下，所述碳納米管層102中的多個碳納米管的排列方向(軸向延伸方向)可以是無序、無規(guī)則，比如過濾形成的碳納米管過濾膜，或者碳納米管之間相互纏繞形成的碳納米管絮狀膜等。所述碳納米管層102中多個碳納米管的排列方式也可以是有序的、有規(guī)則的。例如，所述碳納米管層102中多個碳納米管的軸向均基本平行于所述基底100的外延生長面101且基本沿同一方向延伸；或者，所述碳納米管層102中多個碳納米管的軸向可有規(guī)律性地基本沿兩個以上方向延伸；或者，所述碳納米管層102中多個碳納米管的軸向沿著基底100的一晶向延伸或與基底100的一晶向成一定角度延伸。為了容易獲得較好的圖形效果或者從透光性等角度考慮，本實 施例中優(yōu)選的，所述碳納米管層102中多個碳納米管沿著基本平行于碳納米管層102表面的方向延伸。當所述碳納米管層102設置于所述基底100的外延生長面101時，所述碳納米管層102中多個碳納米管的延伸方向基本平行于所述基底100的外延生長面101。所述碳納米管層102可以通過化學氣相沉積(CVD)等方法直接生長在所述基底100的外延生長面101或先生長碳納米管陣列后再轉(zhuǎn)印至所述基底100的外延生長面101或者如上所提到的過濾的方式形成于基底100的外延生長面101，這些方法一般需要有一個支撐面來幫忙操作。為了獲得厚度較合適的碳納米管層102或者將碳納米管層102方便的設置于基底100上，本實施例中優(yōu)選具有自支撐的碳納米管層102，此時所述碳納米管層102可直接鋪設在所述基底100的外延生長面101。其中，所述“自支撐”是指該碳納米管層102不需要大面積的載體支撐，而只要相對兩邊提供支撐力即能整體上懸空而保持自身狀態(tài)，即將該碳納米管層102置于(或固定于)間隔特定距離設置的兩個支撐體上時，位于兩個支撐體之間的碳納米管層102能夠懸空保持自身狀態(tài)。由于碳納米管層102為自支撐結構，所述碳納米管層102可以直接鋪設在基底100上，而不必要通過復雜的化學方法形成在基底100的外延生長面101。所述碳納米管層102可以為一連續(xù)的整體結構，也可以是多個碳納米管線平行排列形成的單層結構。所述連續(xù)的整體結構指該碳納米管層102的碳納米管均直接或間接連接形成一整體，各個碳納米管之間可能有間隙。當所述碳納米管層102為多個碳納米管線平行排列形成的單層結構時，需要在垂直于平行排列方向上提供支撐才具有自支撐能力。所述碳納米管層102可以是由多個碳納米管組成的純碳納米管結構。S卩，所述碳納米管層102在整個形成過程中無需任何化學修飾或酸化處理，不含有任何羧基等官能團修飾。所述碳納米管層102還可以為一包括多個碳納米管以及添加材料的復合結構。其中，所述多個碳納米管在所述碳納米管層102中占主要成分，起著框架的作用。所述添加材料包括石墨、石墨烯、碳化硅、氮化硼、氮化硅、二氧化硅、無定形碳等中的一種或多種。所述添加材料還可以包括金屬碳化物、金屬氧化物及金屬氮化物等中的一種或多種。所述添加材料包覆于碳納米管層102中碳納米管的至少部分表面或設置于碳納米管層102的空隙105內(nèi)。優(yōu)選地，所述添加材料包覆于碳納米管的表面。由于，所述添加材料包覆于碳納米管的表面，使得碳納米管的直徑變大，從而使碳納米管之間的空隙105減小。所述添加材料可以通過化學氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)或磁控濺射等方法形成于碳納米管的表面。所述碳納米管層102可以預先成型后再直接鋪設在所述基底100的外延生長面
101。將所述碳納米管層102鋪設在所述基底100的外延生長面101后還可以包括一有機溶劑處理的步驟，以使碳納米管層102與外延生長面101更加緊密結合。該有機溶劑可選用乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷和氯仿中一種或者幾種的混合。本實施例中的有機溶劑采用乙醇。該使用有機溶劑處理的步驟可通過試管將有機溶劑滴落在碳納米管層102表面浸潤整個碳納米管層102或?qū)⒒?00和整個碳納米管層102 —起浸入盛有有機溶劑的容器中浸潤。具體地，所述碳納米管層102可以包括碳納米管膜或碳納米管線。所述碳納米管層102可以為一單層碳納米管膜或多個層疊設置的碳納米管膜。所述碳納米管層102可包 括多個相互平行且間隔設置的碳納米管線。所述碳納米管層102還可以包括多個交叉設置組成網(wǎng)狀結構的碳納米管線。當所述碳納米管層102為多個層疊設置的碳納米管膜時，碳納米管膜的層數(shù)不宜太多，優(yōu)選地，為2層 100層。當所述碳納米管層102為多個平行設置的碳納米管線時，相鄰兩個碳納米管線之間的距離為0. I微米 200微米，優(yōu)選地，為10微米 100微米。所述相鄰兩個碳納米管線之間的空間構成所述碳納米管層102的空隙105。相鄰兩個碳納米管線之間的間隙長度可以等于碳納米管線的長度。所述碳納米管膜或碳納米管線可以直接鋪設在基底100的外延生長面101構成所述碳納米管層102。通過控制碳納米管膜的層數(shù)或碳納米管線之間的距離，可以控制碳納米管層102中空隙105的尺寸。所述碳納米管膜是由若干碳納米管組成的自支撐結構。所述自支撐主要通過碳納米管膜中多數(shù)碳納米管之間通過范德華力相連而實現(xiàn)。所述若干碳納米管為沿同一方向擇優(yōu)取向延伸。所述擇優(yōu)取向是指在碳納米管膜中大多數(shù)碳納米管的整體延伸方向基本朝同一方向。而且，所述大多數(shù)碳納米管的整體延伸方向基本平行于碳納米管膜的表面。進一步地，所述碳納米管膜中基本朝同一方向延伸的大多數(shù)碳納米管中每一碳納米管與在延伸方向上相鄰的碳納米管通過范德華力首尾相連。當然，所述碳納米管膜中存在少數(shù)隨機排列的碳納米管，這些碳納米管不會對碳納米管膜中大多數(shù)碳納米管的整體取向排列構成明顯影響。具體地，所述碳納米管膜中基本朝同一方向延伸的多數(shù)碳納米管，并非絕對的直線狀，可以適當?shù)膹澢?；或者并非完全按照延伸方向上排列，可以適當?shù)钠x延伸方向。因此，不能排除碳納米管膜的基本朝同一方向延伸的多數(shù)碳納米管中并列的碳納米管之間可能存在部分接觸。下面進一步說明所述碳納米管膜或者碳納米管線的具體構造、處理方法或制備方法。請參閱圖2及圖3，具體地，所述碳納米管膜包括多個連續(xù)且定向延伸的碳納米管片段143。該多個碳納米管片段143通過范德華力首尾相連。每一碳納米管片段143包括多個相互平行的碳納米管145，該多個相互平行的碳納米管145通過范德華力緊密結合。所述碳納米管膜的多個碳納米管在延伸方向上相鄰的碳納米管之間通過范德華力首尾相連。當并列的相鄰碳納米管之間也通過范德華力相連時所述碳納米管膜的自支撐性更好。該碳納米管片段143具有任意的長度、厚度、均勻性及形狀。所述碳納米管膜可通過從一碳納米管陣列中選定部分碳納米管后直接拉取獲得。所述碳納米管膜的厚度為I納米 100微米，寬度與拉取出該碳納米管膜的碳納米管陣列的尺寸有關，長度不限。所述碳納米管膜中相鄰的碳納米管之間存在微孔或間隙從而構成空隙105，且該微孔的孔徑或間隙的尺寸小于10微米。優(yōu)選地，所述碳納米管膜的厚度為100納米 10微米。該碳納米管膜中的碳納米管145沿同一方向擇優(yōu)取向延伸。所述碳納米管膜及其制備方法具體請參見申請人于2007年2月9日申請的，于2010年5月26日公告的第CN122239712B號中國公告專利“碳納米管膜結構及其制備方法”。為節(jié)省篇幅，僅引用于此，但上述申請所有技術揭露也應視為本發(fā)明申請技術揭露的一部分。請參閱圖4，當所述碳納米管層102包括層疊設置的多層碳納米管膜時，相鄰兩層碳納米管膜中的碳納米管的延伸方向形成一交叉角度a，且a大于等于0度小于等于90度(0°彡a彡90° )。為減小碳納米管膜的厚度，還可以進一步對該碳納米管膜進行加熱處理。為避免碳納米管膜加熱時被破壞，所述加熱碳納米管膜的方法采用局部加熱法。其具體包括以下 步驟局部加熱碳納米管膜，使碳納米管膜在局部位置的部分碳納米管被氧化；移動碳納米管被局部加熱的位置，從局部到整體實現(xiàn)整個碳納米管膜的加熱。具體地，可將該碳納米管膜分成多個小的區(qū)域，采用由局部到整體的方式，逐區(qū)域地加熱該碳納米管膜。所述局部加熱碳納米管膜的方法可以有多種，如激光加熱法、微波加熱法等等。本實施例中，通過功率密度大于0. I X IO4瓦特/平方米的激光掃描照射該碳納米管膜，由局部到整體的加熱該碳納米管膜。該碳納米管膜通過激光照射，在厚度方向上部分碳納米管被氧化，同時，碳納米管膜中直徑較大的碳納米管束被去除，使得該碳納米管膜變薄?？梢岳斫?，上述激光掃描碳納米管膜的方法不限，只要能夠均勻照射該碳納米管膜即可。激光掃描可以沿平行碳納米管膜中碳納米管的排列方向逐行進行，也可以沿垂直于碳納米管膜中碳納米管的排列方向逐列進行。具有固定功率、固定波長的激光掃描碳納米管膜的速度越小，碳納米管膜中的碳納米管束吸收的熱量越多，對應被破壞的碳納米管束越多，激光處理后的碳納米管膜的厚度變小。但是，如果激光掃描速度太小，碳納米管膜將吸收過多熱量而被燒毀。本實施例中，激光的功率密度為0. 053 X IO12瓦特/平方米，激光光斑的直徑在I毫米 5毫米范圍內(nèi)，激光掃描照射時間小于I. 8秒。優(yōu)選地，激光器為二氧化碳激光器，該激光器的功率為30瓦特，波長為10. 6微米，光斑直徑為3毫米，激光裝置與碳納米管膜的相對運動速度小于10毫米/秒。所述碳納米管線可以為非扭轉(zhuǎn)的碳納米管線或扭轉(zhuǎn)的碳納米管線。所述非扭轉(zhuǎn)的碳納米管線與扭轉(zhuǎn)的碳納米管線均為自支撐結構。具體地，請參閱圖5，該非扭轉(zhuǎn)的碳納米管線包括多個沿平行于該非扭轉(zhuǎn)的碳納米管線長度方向延伸的碳納米管。具體地，該非扭轉(zhuǎn)的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。該非扭轉(zhuǎn)的碳納米管線長度不限，直徑為0. 5納米 100微米。非扭轉(zhuǎn)的碳納米管線為將碳納米管膜通過有機溶劑處理得到。具體地，將有機溶劑浸潤所述碳納米管膜的整個表面，在揮發(fā)性有機溶劑揮發(fā)時產(chǎn)生的表面張力的作用下，碳納米管膜中的相互平行的多個碳納米管通過范德華力緊密結合，從而使碳納米管膜收縮為一非扭轉(zhuǎn)的碳納米管線。該有機溶劑為揮發(fā)性有機溶劑，如乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷或氯仿，本實施例中采用乙醇。通過有機溶劑處理的非扭轉(zhuǎn)的碳納米管線與未經(jīng)有機溶齊IJ處理的碳納米管膜相比，比表面積減小，粘性降低。所述扭轉(zhuǎn)的碳納米管線為采用一機械力將所述碳納米管膜兩端沿相反方向扭轉(zhuǎn)獲得。請參閱圖6，該扭轉(zhuǎn)的碳納米管線包括多個繞該扭轉(zhuǎn)的碳納米管線軸向螺旋延伸的碳納米管。具體地，該扭轉(zhuǎn)的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。該扭轉(zhuǎn)的碳納米管線長度不限，直徑為0. 5納米 100微米。進一步地，可采用一揮發(fā)性有機溶劑處理該扭轉(zhuǎn)的碳納米管線。在揮發(fā)性有機溶劑揮發(fā)時產(chǎn)生的表面張力的作用下，處理后的扭轉(zhuǎn)的碳納米管線中相鄰的碳納米管通過范德華力緊密結合，使扭轉(zhuǎn)的碳納米管線的比表面積減小，密度及強度增大。所述碳納米管線及其制備方法請參見申請人于2002年9月16日申請的，于2008年8月20日公告的第CN100411979C號中國公告專利“一種碳納米管繩及其制造方法”，申 請人清華大學，鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司，以及于2005年12月16日申請的，于2009年6月17日公告的第CN100500556C號中國公告專利“碳納米管絲及其制作方法”，申請人清華大學，鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司。以上內(nèi)容可知，所述碳納米管層102起著生長半導體外延層104的掩模作用。所謂“掩?！笔侵冈撎技{米管層102用于遮擋所述基底100的部分外延生長面101，且暴露部分外延生長面101，從而使得半導體外延層104僅從所述外延生長面101暴露的部分生長。由于碳納米管層102具有多個空隙105，所以該碳納米管層102形成一圖形化的掩模。當碳納米管層102設置于基底100的外延生長面101后，多個碳納米管沿著平行于外延生長面101的方向延伸。由于所述碳納米管層102在所述基底100的外延生長面101形成多個空隙105，從而使得所述基底100的外延生長面101上具有一圖形化的掩模?？梢岳斫猓鄬τ诠饪痰任㈦娮庸に?，通過設置碳納米管層102作為掩模進行外延生長的方法工藝簡單、成本低廉，不易在基底100的外延生長面101引入污染，而且綠色環(huán)保。可以理解，所述基底100和碳納米管層102共同構成了用于生長半導體外延層104的襯底。該襯底可用于生長與基底100材料相同或不同的半導體外延層104。可以理解，設置碳納米管層102之前還可以進一步包括一在所述基底100的外延生長面101生長一緩沖層(圖未示)和一本征半導體層(圖未示)的步驟。所述本征半導體層設置于基底100與碳納米管層102之間。先生長該本征半導體層再設置碳納米管層102生長半導體外延層104，可以提高后續(xù)步驟中生長的半導體外延層104的質(zhì)量。步驟S30中，所述半導體外延層104的生長方法可以通過分子束外延法(MBE)、化學束外延法(CBE)、減壓外延法、低溫外延法、選擇外延法、液相沉積外延法(LPE)、金屬有機氣相外延法(M0VPE)、超真空化學氣相沉積法(UHVCVD)、氫化物氣相外延法(HVPE)、以及金屬有機化學氣相沉積法(MOCVD)等中的一種或多種實現(xiàn)。所述半導體外延層104指通過外延法生長在基底100的外延生長面101的單晶結構體，其材料與基底100的材料相同或不同。當該半導體外延層104的材料可以與基底100的材料不同時，稱為半導體異質(zhì)外延層。當該半導體外延層104的材料可以與基底100的材料相同時，稱為半導體同質(zhì)外延層。所述半導體外延層104的生長的厚度可以根據(jù)需要制備。具體地，所述半導體外延層104的生長的厚度可以為100納米飛00微米，例如500納米、I微米、2微米、5微米、10微米、50微米。所述半導體外延層104的材料可以為Si、GaAs、GaN、GaSb, InN、InP、InAs, InSb、A1P、AlAs、AlSb、AIN、GaP、SiC、SiGe, GaMnAs, GaAlAs,GaInAs, GaAIN、GalnN、Al InN、GaAsP、InGaN, AlGaInN, AlGaInP、GaP: Zn 或 GaP: N。所述N型半導體層106和P型半導體層108為一摻雜的半導體外延層。所述活性層107為一單層或多層量子阱結構(Quantum Well)。具體地，所述N型半導體層106、活性層107和P型半導體層108依次層疊形成于基底100的外延生長面101 —側(cè)，且所述活性層107形成于所述N型半導體層106和所述P型半導體層108之間?？梢岳斫?，該步驟中也可以先形成P型半導體層108，再形成活性層107和N型半導體層106。優(yōu)選地，所述N型半導體層106、活性層107和P型半導體層108采用相同的半導體材料，以減小生長過程中位錯帶來的缺陷。本發(fā)明實施方式通過在源氣中通入含有摻雜元素的氣體，直接生長摻雜的半導體外延層104。通過改變摻雜元素以及控制生長時間，可以依次生長N型半導體層106、活性 層107和P型半導體層108。請參閱圖7，所述半導體外延層104的生長過程具體包括以下步驟
531:沿著基本垂直于所述基底100的外延生長面101方向成核并外延生長形成多個半導體外延晶粒1042 ；
532:所述多個半導體外延晶粒1042沿著基本平行于所述基底100的外延生長面101方向外延生長形成一連續(xù)的半導體外延薄膜1044 ；
533:所述半導體外延薄膜1044沿著基本垂直于所述基底100的外延生長面101方向外延生長，并依次形成N型半導體層106、活性層107以及P型半導體層108，從而得到一半導體外延層104 ；
534:對所述半導體外延層104進行退火處理。步驟S31中，所述多個半導體外延晶粒1042在所述基底100的外延生長面101通過該碳納米管層102的空隙105暴露的部分開始生長，且其生長方向基本垂直于所述基底100的外延生長面101，即該步驟中多個半導體外延晶粒1042進行縱向外延生長。步驟S32中，通過控制生長條件使所述多個半導體外延晶粒1042沿著基本平行于所述基底100的外延生長面101的方向同質(zhì)外延生長并連成一體將所述碳納米管層102覆蓋。即，該步驟中所述多個半導體外延晶粒1042進行側(cè)向外延生長直接合攏，并最終在碳納米管周圍形成多個孔洞103將碳納米管包圍。所述孔洞的形狀與碳納米管層102中的碳納米管的排列方向有關。當碳納米管層102為單層碳納米管膜或多個平行設置的碳納米管線時，所述多個孔洞103為基本平行設置的溝槽。當碳納米管層102為多層交叉設置的碳納米管膜或多個交叉設置的碳納米管線時，所述多個孔洞103為交叉設置的溝槽網(wǎng)絡。即，所述多個溝槽在N型半導體層106靠近基底100的表面形成一“圖案化”的結構，且所述“圖案化”的結構與圖案化的碳納米管層中的圖案基本相同。所述溝槽之間的距離可以為0. 5納米 100微米，比如I納米、10納米、50納米、100納米、I微米、10微米或50微米等。所述碳納米管層102中的碳納米管與N型半導體層106至少部分接觸以實現(xiàn)電連接。可以理解，為了使碳納米管層102中的碳納米管與N型半導體層106更好的接觸，可以選擇與碳納米管浸潤性好的半導體材料。進一步，通過在碳納米管層102中的碳納米管表面包覆與N型半導體層106浸潤性好的導電材料也可以提高碳納米管與N型半導體層106的接觸性，如在碳納米管層102中的碳納米管或碳納米管線表面包覆一摻雜的碳化硅導電層。由于摻雜的碳化硅層具有良好的導電性，還可以進一步提高碳納米管層102與N型半導體層106之間的導電性。步驟S33中，由于所述碳納米管層102的存在，使得半導體外延晶粒1042與基底100之間的晶格位錯在形成連續(xù)的半導體外延薄膜1044的過程中停止生長。因此，該步驟的N型半導體層106相當于在沒有缺陷的半導體外延薄膜1044表面進行同質(zhì)外延生長。所述N型半導體層106具有較少的缺陷。而所述活性層107和P型半導體層108直接在具有較少的缺陷的N型半導體層106表面進行同質(zhì)外延生長，也具有較少的缺陷。該步驟中通過在源氣中通入含有摻雜元素的氣體，所以可以直接生長摻雜的半導體外延層104。該步驟通過控制源氣可以控制半導體外延層104的材料、摻雜成分以及摻雜比例。通過控制生長時間可以控制半導體外延層104中N型半導體層106、活性層107和P型半導體層108的厚度。后續(xù)實施例中將以GaN外延層為例詳細介紹半導體外延層104的生長工藝。
進一步，還可以包括一在P型半導體層108表面生長一高摻雜的半導體電極接觸層(圖未示)的步驟。該步驟通過改變所述源氣中摻雜元素的含量來實現(xiàn)。所述N型半導體層106、活性層107、P型半導體層108以及半導體電極接觸層共同組成所述半導體外延層104。步驟S34中，通過高溫退火處理使所述半導體外延層104的摻雜元素被激活。所述高溫退火通常為在700°C 1000°C的保護氣氛下保持10分鐘 20分鐘。步驟S40中，所述蝕刻所述半導體外延層104的步驟通過光刻技術實現(xiàn)。本發(fā)明實施方式中，蝕刻所述半導體外延層104的方法包括以下步驟
S41:涂膠。該步驟先在半導體外延層104表面滴灑光刻膠，再通過旋轉(zhuǎn)甩膠工藝使光刻膠均勻分布在半導體外延層104表面。S42 :前烘干。該步驟通常在80°C 100°C條件下，對光刻膠烘烤約20分鐘 30分鐘。S43 :曝光顯影。該步驟先將一掩模設置于半導體外延層104表面，通過紫外光照射約2秒 10秒，再放入顯影劑浸泡約30分鐘，得到一圖案化的光刻膠。可以理解，通過圖案化的光刻膠蝕刻半導體外延層104可以一次制備多個發(fā)光二極管。S44 :后烘干。該步驟通常在100°C 150°C條件下，對光刻膠烘烤約20分鐘 30分鐘。S45 :腐蝕。該步驟通過腐蝕劑按照所需要的圖形腐蝕半導體外延層104。腐蝕劑可以根據(jù)光刻膠類型，半導體外延層104材料來選擇。腐蝕時間與光刻膠類型以及半導體外延層104的厚度來選擇。該步驟中，由于碳納米管層102具有極好的化學穩(wěn)定性，不會被腐蝕而保留下來。S46 :去膠。該步驟通常為通過溶劑浸泡實現(xiàn)。步驟S50中，所述第一電極110和第二電極112可以為N型電極或P型電極兩種類型中的一種。所述第一電極110和第二電極112為一層狀結構，其厚度為0. 01微米至2微米。所述第一電極110和第二電極112可以為一反射電極，其材料包括鈦、鋁、鎳、銀及金中的一種或其任意組合，如Au/AuBe或Ni/Cu/Al。所述第一電極110和第二電極112可以為一透明電極，其材料也可以為ITO或碳納米管等。所述第一電極110可以覆蓋所述P型半導體層108的全部或部分表面。所述第一電極110和第二電極112可以結合薄膜技術和光刻工藝制備。當所述第一電極110和第二電極112的材料為金屬或合金時，所述金屬或合金的材料可以根據(jù)與該電極接觸的半導體層的材料來選擇，以獲得較小的歐姆接觸電阻。所述第一電極110和第二電極112可以通過濺射、真空蒸鍍或電鍍等方法制備。當光從所述P型半導體層108 —側(cè)出射時，所述金屬或合金第一電極110覆蓋所述P型半導體層108部分表面。優(yōu)選地，為了具有較大的出光面積，所述第一電極110覆蓋P型半導體層108總面積的109^15%。所述第二電極112將暴露的 碳納米管層102全部覆蓋。當光從所述基底100一側(cè)出射時，所述第一電極110覆蓋所述P型半導體層108整個表面，所述第二電極112將暴露的碳納米管層102全部覆蓋。當所述第一電極110和第二電極112的材料為ITO時，所述第一電極110和第二電極112可以通過磁控濺射法、蒸發(fā)法、噴涂法或溶膠-凝膠法等方法制備。所述第一電極110可以將整個P型半導體層108表面覆蓋。所述第二電極112將暴露的碳納米管層102
全部覆蓋?？梢岳斫猓摬襟E中，要確保所述碳納米管層102與第二電極112之間很好的電連接。當所述碳納米管層102包括多個層疊且交叉設置的碳納米管膜或多個交叉設置的碳納米管線時，整個碳納米管層102中的碳納米管相互電連接形成一整體的導電體。此時，只要第二電極112與部分碳納米管層102電連接即可。優(yōu)選地，所述第二電極112與碳納米管層102的一邊電連接或四個角落電連接。當所述碳納米管層102包括一單層碳納米管膜或多個平行設置的碳納米管線時，整個碳納米管層102中的碳納米管基本沿同一方向排列。由于相鄰且平行設置的碳納米管或碳納米管線之間的導電性較差，所以所述第二電極112與每個碳納米管線均電連接。優(yōu)選地，所述第二電極112的長度方向與碳納米管的排列方向垂直設置。進一步，步驟S50之前還可以包括一對半導體外延層104表面進行粗糙化的步驟。通過蝕刻或激光照射等方法在半導體外延層104表面形成不規(guī)則的凹凸結構，從而減少出光過程中的全反射現(xiàn)象。參見本實施方式的步驟31，對半導體外延層104表面進行粗糙化的步驟也可以通過在半導體外延層104表面設置一碳納米管層，然后在半導體外延層104的表面垂直生長非連續(xù)性的半導體外延晶粒層。所述半導體外延晶粒層定義一圖案化的微結構，且該圖案化微結構的圖案與碳納米管層的圖案基本相同。所述圖案化的微結構可以為多個基本平行設置的溝槽或多個交叉設置的溝槽網(wǎng)絡。所述基本平行設置的溝槽之間的距離可以為0. 5納米 100微米，比如I納米、10納米、50納米、100納米、I微米、10微米或50微米等。所述碳納米管層可以作為第一電極110使用，也可以去除。所述碳納米管層可以通過空氣中加熱氧化的方式去除。以下將分別介紹本發(fā)明的發(fā)光二極管及其制備方法的具體實施例。實施例I
請參閱圖8與圖9,本發(fā)明第一實施例提供一種發(fā)光二極管10,其包括一基底100、一碳納米管層102、一半導體外延層104、一第一電極110以及一第二電極112。其中，所述半導體外延層104包括一 N型半導體層106、一活性層107以及一 P型半導體層108。
所述基底100具有一外延生長面101。所述碳納米管層102設置于所述基底100的外延生長面101。所述N型半導體層106、活性層107以及P型半導體層108依次層疊設置于所述基底100的外延生長面101 —側(cè)，并覆蓋部分碳納米管層102，即，所述碳納米管層102部分設置于所述N型半導體層106與基底100之間，部分暴露。所述第一電極110與所述P型半導體層108電連接。所述第二電極112與碳納米管層102暴露的部分電連接?？梢岳斫?，所述N型半導體層106和P型半導體層108的位置可以互換。具體地，所述碳納米管層102為一連續(xù)的整體結構。所述N型半導體層106與其覆蓋的碳納米管層102相互接觸實現(xiàn)電連接。所述碳納米管層102具有多個空隙105。所述基底100的外延生長面101對應所述碳納米管層102的空隙105的部分暴露。所述N型半導體層106滲透所述碳納米管層102的多個空隙105與所述基底100的外延生長面101接觸，即，所述碳納米管層102的多個空隙105中均滲透有所述N型半導體層106。所述N型半導體層106與基底100接觸的表面形成多個孔洞103。所述碳納米管層102設置于該孔洞103內(nèi)。具體地，所述孔洞103形成在半導體外延層104與所述基底100接觸的表面， 在所述半導體外延層104的厚度方向該孔洞103均為盲孔。所述碳納米管層102中的碳納米管分別設置在多個孔洞103內(nèi)。所述多個孔洞103可以為基本平行設置的溝槽或交叉設置的溝槽網(wǎng)絡?？梢岳斫?，由于所述N型半導體層106與基底100接觸的表面形成多個孔洞103，且該孔洞103內(nèi)設有碳納米管，所以從活性層107射向基底100方向的大角度光在N型半導體層106與基底100的界面處會發(fā)生散射現(xiàn)象，從而改變光的出射方向，從而實現(xiàn)了發(fā)光二極管10的大角度光的取出，提高了發(fā)光二極管10的光取出效率。所述N型半導體層106起到提供電子的作用。所述P型半導體層108起到提供空穴的作用。所述活性層107用于提供光子。所述第一電極110和第二電極112用于施加一電壓?？梢岳斫猓龅谝浑姌O110構成了發(fā)光二極管10的上電極。所述碳納米管層102與第二電極112共同構成了發(fā)光二極管10的下電極。所述碳納米管層102具有良好的導電性，且所述碳納米管層102與N型半導體層106整個表面接觸并電連接。當所述第一電極110設置于整個P型半導體層108表面時，由于所述第二電極112與所述碳納米管層102暴露的部分電連接，所以當在所述第一電極110和第二電極112之間施加一電壓時，電流從所述上電極垂直流向下電極，即，該發(fā)光二極管10為一垂直結構的發(fā)光二極管。所述發(fā)光二極管10所發(fā)的光可以從所述P型半導體層108 —側(cè)出射?？梢岳斫猓斔龅谝浑姌O110設置于部分P型半導體層108表面時，由于所述碳納米管層102與N型半導體層106整個表面接觸并電連接，該發(fā)光二極管10比傳統(tǒng)的橫向結構的發(fā)光二極管具有較短的電流路徑，可以減小發(fā)光二極管10的能耗,增大其功率。本實施例中，所述基底100為一藍寶石(Al2O3)基片。所述碳納米管層102為交叉且層疊設置的雙層碳納米管膜。該碳納米管膜包括多個碳納米管。該多個碳納米管的軸向沿同一方向擇優(yōu)取向延伸，且延伸方向相同的相鄰的碳納米管通過范德華力首尾相連。該兩個碳納米管膜中的碳納米管的延伸方向相互垂直。在垂直于延伸方向的相鄰的碳納米管之間部分間隔設置存在微孔或間隙，從而構成空隙105。所述N型半導體層106為一 Si摻雜的GaN層，其厚度為I微米至5微米。所述活性層107為一 InGaN/GaN多量子阱層，其厚度為0.01微米至0.6微米。所述P型半導體層108為一 Mg摻雜的GaN層，其厚度為0. I微米至3微米。所述第一電極110為一厚度為50納米的ITO透明電極，且設置于所述P型半導體層108的整個表面。所述第二電極112為N型電極，且設置于所述碳納米管層102暴露的表面，并將所述碳納米管層102暴露的部分全部覆蓋。所述第二電極112為兩層結構，包括一厚度為150埃的鈦層及一厚度為2000埃的金層。本發(fā)明第一實施例采用MOCVD工藝制備半導體外延層104。其中，采用高純氨氣(NH3)作為氮的源氣，采用氫氣(H2)作載氣，采用三甲基鎵(TMGa)或三乙基鎵(TEGa)作為Ga源，采用三甲基銦(TMIn)作為In源，采用三甲基鋁(TMAl)作為Al源，采用硅烷(SiH4)作為Si源，采用二茂鎂(Cp2Mg)作為Mg源。所述發(fā)光二極管10的制備方法具體包括以下步驟。步驟(a)，將表面鋪設碳納米管層102的藍寶石基底100置入反應室，加熱到IOOO0C 1200°C，并通入H2、N2或其混合氣體作為載氣，高溫烘烤200秒 1000秒，對基底100進行高溫凈化處理。步驟(b)，通入三甲基鎵或三乙基鎵以及氨氣，使反應室壓強為500托飛00托，并使反應室降溫到500°C 650°C，生長厚度為10納米 50納米的GaN低溫緩沖層。 步驟(C)，停止通入三甲基鎵或三乙基鎵，繼續(xù)通入氨氣和載氣，同時將溫度升高到1100°C 1200°C，并恒溫保持30秒 300秒，進行退火。步驟(d)，將反應室的溫度保持在1000°C 1100°C，使反應室壓強保持在100托 300托，繼續(xù)通入氨氣和載氣，同時重新通入三甲基鎵或三乙基鎵以及硅烷，生長厚度為I微米微米的Si摻雜N型GaN層。步驟(e)，停止通入硅烷，將反應室的溫度保持在700°C、00°C，使反應室壓強保持在50托飛00托，并向反應室通入三甲基銦，生長InGaN/GaN多量子阱層。其中，InGaN阱層的厚度為2納米飛納米，GaN壘層的厚度為5納米 20納米。步驟(f)，停止通入三甲基銦，將反應室的溫度保持在1000°C 1100°C，使反應室壓強保持在76托 200托，并向反應室通入二茂鎂，生長厚度為100納米 200納米的Mg摻雜P型GaN層。步驟(g)，停止生長，并在7001^8001的隊的氣氛下進行退火，其中，退火時間為10分鐘 20分鐘。步驟(h)，蝕刻所述GaN外延層，從而使部分碳納米管層102暴露。步驟(i)，在所述P型GaN層表面沉積一層厚度為50納米的ITO層。步驟(j)，在所述暴露的碳納米管層102表面沉積一層厚度為150埃的鎳層及一厚度為2000埃的金層。進一步，步驟(f)前還可以包括一生長Mg摻雜P型AlGaN層的步驟。其中，反應室的溫度保持在1000°c 1100°C，反應室壓強保持在76托 200托，并向反應室通入三甲基鋁，P型層的厚度為30納米 50納米。步驟(g)之后，分別用掃描電子顯微鏡(SEM)和透射電子顯微鏡(TEM)對樣品進行觀察和測試。請參閱圖10和圖11，本實施例制備的發(fā)光二極管中，N型半導體層僅從基底的外延生長面沒有碳納米管層的位置開始生長，然后連成一體。所述N型半導體層與基底接觸的表面形成多個孔洞，所述碳納米管層設置于該孔洞內(nèi)。具體地，從所述圖10中可以清楚看到N型半導體層和藍寶石基底之間的界面，其中，深色部分為N型半導體層，淺色部分為藍寶石基底。所述N型半導體層與藍寶石基底接觸的表面具有一排孔洞。從所述圖11中可以看到，每個孔洞內(nèi)設置有碳納米管。所述孔洞內(nèi)的碳納米管設置于藍寶石基底表面，且與N型半導體層接觸。實施例2
請參閱圖12，本發(fā) 明第二實施例提供一種發(fā)光二極管20，其包括一基底100、一碳納米管層102、一半導體外延層104、一第一電極110以及一第二電極112。其中，所述半導體外延層104包括一 N型半導體層106、一活性層107以及一 P型半導體層108。本發(fā)明第二實施例中的發(fā)光二極管20與第一實施例的發(fā)光二極管10的結構基本相同,其區(qū)別在于,所述第一電極110為一設置于整個P型半導體層108表面的反射電極。該發(fā)光二極管20工作時，藍寶石基底100作為出光面。具體地，所述第一電極110具有平整光滑的表面，從而使之具有較好的光反射效率。優(yōu)選的，所述第一電極110為一反射金屬膜，其材料可為鈦、銀、鋁、鎳、金或其任意組合，如Au/AuBe或Ni/Cu/Al。所述第一電極110的厚度可根據(jù)實際需要進行選擇。所述第一電極110的厚度可為50納米 250納米，其中Ni 10納米 50納米，Cu 10納米 50納米,Al :30納米 150納米。本實施例中,所述第一電極110為Ni/Cu/Al復合層結構。所述Al層靠近所述P型半導體層108設置。所述第一電極110通過電子束蒸發(fā)法形成，厚度為140納米，其中，Ni的厚度為20納米，Cu的厚度為20納米，Al的厚度為100納米。所述活性層107中產(chǎn)生的光子到達所述第一電極110后，被所述第一電極110反射而改變傳播方向，向遠離所述第一電極110的方向傳播。可以理解，所述第一電極110也可以為一厚度較大、熱導率較高的金屬片，以同時起到反射光、施加電壓和散熱的作用。該發(fā)光二極管20封裝時采用倒裝結構，使藍寶石基底100作為出光面?？梢岳斫猓捎谒龅谝浑姌O110將從活性層107射向P型半導體層108的光全部反射，使光全部從藍寶石基底100 —側(cè)出射，所以提高了發(fā)光二極管20的出光效率。由于所述N型半導體層106與基底100接觸的表面形成多個孔洞103，且該孔洞103內(nèi)設有碳納米管，所以從活性層107射向基底100方向的大角度光在N型半導體層106與基底100的界面處會發(fā)生散射現(xiàn)象，從而改變光的出射方向，從而實現(xiàn)了發(fā)光二極管10的大角度光的取出，提高了發(fā)光二極管10的光取出效率。進一步，所述第一電極110表面還可設置一散熱結構以更好的對該發(fā)光二極管20進行散熱。本發(fā)明第二實施例中的發(fā)光二極管20的制備方法與第一實施例的發(fā)光二極管10的制備方法基本相同。實施例3
請參閱圖13，本發(fā)明第三實施例提供一種發(fā)光二極管30，其包括一基底100、一碳納米管層102、一半導體外延層104、一第一電極110以及一第二電極112。其中，所述半導體外延層104包括一 N型半導體層106、一活性層107以及一 P型半導體層108。本發(fā)明第三實施例中的發(fā)光二極管30與第一實施例的發(fā)光二極管10的結構基本相同,其區(qū)別在于,進一步包括一本征半導體層114設置于所述N型半導體層106與所述基底100之間，且所述碳納米管層102設置于所述N型半導體層106與所述本征半導體層114之間。本發(fā)明第三實施例中的發(fā)光二極管30的制備方法與第一實施例的發(fā)光二極管10的制備方法基本相同，其區(qū)別在于，先在所述基底100的外延生長面101生長一緩沖層(圖未示)和本征半導體層114，再設置碳納米管層102于所述本征半導體層114表面，然后在本征半導體層114表面依次外延生長N型半導體層106、活性層107以及P型半導體層108，最后蝕刻和設置第一電極110以及第二電極112。實施例4
請參閱圖14，本發(fā)明第四實施例提供一種發(fā)光二極管40，其包括一基底100、一碳納米管層102、一半導體外延層104、一第一電極110以及一第二電極112。其中，所述半導體外延層104包括一 N型半導體層106、一活性層107以及一 P型半導體層108。本發(fā)明第四實施例中的發(fā)光二極管40與第一實施例的發(fā)光二極管10的結構基本相同,其區(qū)別在于，所述碳納米管層102為多個平行且間隔設置的碳納米管線，相鄰的碳納米管線之間形成間隙。所述碳納米管線可以為非扭轉(zhuǎn)的碳納米管線或扭轉(zhuǎn)的碳納米管線。具體地，所述非扭轉(zhuǎn)的碳納米管線包括多個沿該非扭轉(zhuǎn)的碳納米管線長度方向延伸的碳納米管。所述扭轉(zhuǎn)的碳納米管線包括多個繞該扭轉(zhuǎn)的碳納米管線軸向螺旋延伸的碳納米管。
該發(fā)光二極管40的制備過程中，沿著與碳納米管線的延伸方向垂直的方向蝕刻所述半導體外延層104，從而使每個碳納米管線均部分暴露。每個碳納米管線暴露的部分均與所述第二電極112接觸并電連接，從而確保整個碳納米管層102形成一導電體。所述第二電極112為一長條形導電體，且該第二電極112的長度方向與碳納米管線的延伸方向垂直。實施例5
請參閱圖15,本發(fā)明第五實施例提供一種發(fā)光二極管50,其包括一基底100、一碳納米管層102、一半導體外延層104、一第一電極110以及一第二電極112。其中，所述半導體外延層104包括一 N型半導體層106、一活性層107以及一 P型半導體層108。本發(fā)明第五實施例中的發(fā)光二極管50與第一實施例的發(fā)光二極管10的結構基本相同,其區(qū)別在于,所述碳納米管層102為多個交叉且間隔設置的碳納米管線，交叉且間相鄰的四個碳納米管線之間形成微孔。具體地，該多個碳納米管線分別沿第一方向與第二方向平行設置，所述第一方向與第二方向交叉設置。其中，沿第一方向延伸的碳納米管線均部分暴露，且暴露的部分均與所述第二電極112接觸并電連接。交叉且間相鄰的四個碳納米管線之間形成一空隙。本實施例中，相鄰的兩個碳納米管線平行設置，相交叉的兩個碳納米管線相互垂直?？梢岳斫?，所述碳納米管線也可采用任意交叉方式設置，只需使碳納米管層102形成多個微孔，從而使基底100的外延生長面部分暴露即可。本發(fā)明采用一碳納米管層作為掩模設置于所述基底外延生長面生長外延層以制備發(fā)光二極管具有以下有以效果
第一，所述碳納米管層為一自支撐結構，可直接鋪設在基底的外延生長面，相對于現(xiàn)有技術通過沉積后光刻等工藝形成掩模，本發(fā)明工藝簡單，成本低廉，有利于量產(chǎn)。第二，所述碳納米管層為圖形化結構，其厚度、空隙尺寸均可達到納米級，所述襯底用來生長外延層時形成的半導體外延晶粒具有更小的尺寸，有利于減少位錯等缺陷的產(chǎn)生，以獲得高質(zhì)量的外延層。第三，所述碳納米管層的空隙尺寸為納米級，所述外延層從與納米級空隙對應的暴露的外延生長面生長，使得生長的外延層與基底之間的接觸面積減小，減小了生長過程中外延層與襯底之間的應力，從而可以提高外延層的質(zhì)量。第四，所述發(fā)光二極管的制備過程中，無需剝離基底就可以制備垂直結構的發(fā)光二極管，工藝簡單，成本低廉。第五，所述發(fā)光二極管包括一圖案化的碳納米管層設置于所述外延層與基底之間，使得外延層與基底之間的接觸面積減小，所以可以減小由于外延層與基底熱膨脹系數(shù)不同而導致的外延層所承受的應力。第六，所述發(fā)光二極管的外延層與基底接觸的表面形成多個孔洞，且該孔洞內(nèi)設有碳納米管，所以從活性層射向基底方向的大角度光在外延層與基底的界面處會發(fā)生衍射現(xiàn)象，從而改變光的出射方向，從而實現(xiàn)了發(fā)光二極管的大角度光的取出，提高了發(fā)光二極管的光取出效率。
另外，本領域技術人員還可在本發(fā)明精神內(nèi)作其它變化，當然這些依據(jù)本發(fā)明精神所作的變化，都應包含在本發(fā)明所要求保護的范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種發(fā)光二極管，其包括 一基底，該基底具有一外延生長面； 一碳納米管層設置在所述基底的外延生長面； 一第一半導體層、一活性層以及一第二半導體層依次層疊設置于所述基底的外延生長面一側(cè)形成一半導體外延層，且所述碳納米管層的一部分被所述半導體外延層覆蓋，另一部分暴露； 一第一電極與所述第二半導體層電連接；以及 一第二電極與所述碳納米管層暴露的部分電連接。
2.如權利要求I所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述碳納米管層為一連續(xù)的整體結構。
3.如權利要求2所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述碳納米管層包括多個碳納米管沿著平行于碳納米管層表面且平行于所述基底的外延生長面的方向延伸。
4.如權利要求3所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述碳納米管層包括至少一層碳納米管膜，該碳納米管膜中的碳納米管沿同一方向擇優(yōu)取向延伸，且沿同一方向相鄰的碳納米管通過范德華力首尾相連。
5.如權利要求4所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述碳納米管層包括多個碳納米管膜層疊設置。
6.如權利要求I所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述碳納米管層包括多個平行設置的碳納米管線，且每個碳納米管線均部分暴露，每個碳納米管線暴露的部分均與所述第二電極接觸并電連接。
7.如權利要求I所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述碳納米管層包括多個碳納米管線分別沿第一方向與第二方向平行設置，所述第一方向與第二方向交叉設置。
8.如權利要求I所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述碳納米管層具有多個空隙，所述第一半導體層滲透所述碳納米管層的空隙與所述基底的外延生長面接觸。
9.如權利要求8所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述空隙的尺寸為10納米飛OO微米。
10.如權利要求8所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述第一半導體層在與所述基底接觸的表面形成多個孔洞，所述被覆蓋的碳納米管層設置于該孔洞內(nèi)。
11.如權利要求10所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述多個孔洞為多個基本平行設置的溝槽或多個交叉設置的溝槽網(wǎng)絡。
12.如權利要求11所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述溝槽之間的距離為0.5納米 100微米。
13.如權利要求10所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述孔洞內(nèi)碳納米管層與第一半導體層電接觸。
14.如權利要求I所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述第一電極將所述第二半導體層全部覆蓋，所述第二電極將所述碳納米管層暴露的部分全部覆蓋。
15.如權利要求I所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述第二半導體層遠離基底的表面具有多個基本平行設置的溝槽或多個交叉設置的溝槽網(wǎng)絡，且所述溝槽之間的距離為0. 5納米 100微米。
16.如權利要求I所述的發(fā)光二極管，其特征在于，進一步包括一本征半導體層設置于所述第一半導體層與所述基底之間，且所述碳納米管層設置于所述第一半導體層與所述本征半導體層之間。
17.如權利要求I所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述碳納米管層包括多個碳納米管，且碳納米管表面包覆一摻雜的碳化硅導電層。
18.—種發(fā)光二極管,其包括 一基底，該基底具有一外延生長面； 一第一半導體層、一活性層以及一第二半導體層依次層疊設置于所述基底的外延生長面一側(cè)形成一半導體外延層，且所述外延生長面的一部分被所述半導體外延層覆蓋，另一部分暴露； 一第一電極與所述第二半導體層電連接；以及 一第二電極與所述第一半導體層電連接； 其特征在于，進一步包括一圖形化的碳納米管層，該碳納米管層為一設置于所述第一半導體層與基底之間的連續(xù)的整體結構，并延伸設置于外延生長面暴露的部分表面，且該第二電極設置于該碳納米管層暴露的部分表面。
19.如權利要求18所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述碳納米管層具有多個空隙，使第一半導體層滲透所述碳納米管層的多個空隙與所述基底的外延生長面接觸。
20.如權利要求18所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述第一半導體層靠近基底的表面形成一圖案化的結構，且該圖案化的結構與圖案化的碳納米管層中的圖案基本相同。
21.如權利要求20所述的發(fā)光二極管，其特征在于，所述圖案化的結構為多個基本平行設置的溝槽或多個交叉設置的溝槽網(wǎng)絡。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種發(fā)光二極管，其包括一基底，該基底具有一外延生長面；一碳納米管層設置在所述基底的外延生長面；一第一半導體層、一活性層以及一第二半導體層依次層疊設置于所述基底的外延生長面一側(cè)形成一半導體外延層,且所述碳納米管層的一部分被所述半導體外延層覆蓋，另一部分暴露；一第一電極與所述第二半導體層電連接；以及一第二電極與所述碳納米管層暴露的部分電連接。
文檔編號H01L33/00GK102760797SQ20111011075
公開日2012年10月31日 申請日期2011年4月29日 優(yōu)先權日2011年4月29日
發(fā)明者范守善, 魏洋 申請人:清華大學, 鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司