CN103413878A

CN103413878A - 碳纳米管发光二极管

Info

Publication number: CN103413878A
Application number: CN2013103022737A
Authority: CN
Inventors: 郭霞; 郭春威
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2013-07-13
Filing date: 2013-07-13
Publication date: 2013-11-27

Abstract

本发明提供碳纳米管发光二极管，包括衬底，该衬底上生长外延结构；上述外延结构包括n型电流限制层、有源区、p型电流限制层;外延结构上是窗口层；其特征在于：还包括碳纳米管层，该碳纳米管层在窗口层之上，p电极之下。p电极与窗口层之间有一层或多层碳纳米管层作为电流扩展层；本发明的发光二极管可以使电流从电极向有源区扩散的更均匀，以提高光电转换效率。

Description

碳纳米管发光二极管

技术领域

本发明涉及一种新型发光二极管结构，尤其涉及一种基于碳纳米管用于电流扩展的发光二极管结构，属于半导体光电子技术领域。

背景技术

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。

对于发光二极管而言，随着高质量材料生长技术和器件结构设计不断提高和进步，电流扩展成为限制发光效率的重要因素。当电流从电极注入到发光二极管中时，由于受到横向电阻和迁移率的限制，大量的载流子注入到电极下方，只有少量的载流子扩展到电极以外。分布在电极以下部分的电流激发出的光几乎完全被电极挡住或吸收而不能发射出器件。而扩展到电极以外的少部分载流子在有源区中复合发出光子，由于受到半导体与空气界面折射率差大而引起的全反射的影响，只有一小部分光子能够出射到发光二极管表面，对发光二极管的效率有贡献。与此同时，电极以下的电流密度较高，造成发热严重，使得载流子泄漏、非辐射复合进一步增强，从而进一步降低了发光二极管的效率。因此，必须要在电极下面的部位加一层电流扩展层，使电流分布的更均匀，提高发光二极管的光功率。

通常采用两种方法实现发光二极管中的电流扩展，一种是生长透明的P型GAP，由于受到迁移率的限制，通常生长GAP的厚度约50～60微米。材料生长的厚，生长时间长，造成生产成本高，生产效率低。另外一种方法就是淀积导电率更高的氧化铟锡作为电流扩展层。但是，氧化铟锡的导电性与透光性是一对矛盾，氧化铟锡越厚，方块电阻越小，但是透光性也就越差。通常氧化铟锡的厚度为500NM以下，透光率在70%以上。更重要的是，氧化铟锡材料中的铟，是贵金属材料，价格高昂，且在地球上存量是有限的，需要寻找其他代替物。同时由于氧化铟锡层质地脆、缺乏柔韧性，以及要求昂贵的淀积真空设备，氧化铟锡薄膜成为发光二极管绿色可持续发展的障碍之一。

碳纳米管薄膜由于在导电、透光和柔性方面都呈现良好的特性，本发明利用其良好的导电透光特性，高的载流子迁移率，作为一种电流扩展层用在光电器件中。碳纳米管薄膜的方块电阻可以达到10-100Ω/SQ，透光率在可见光波长范围内达到90%以上，载流子迁移率高达10³CM²/(V·S)。更重要的是，碳纳米管的主要成分是碳，是地球上有丰富的存量，成本低。因此，采用碳纳米管作为发光二极管的电流扩展层，具有扩展效果好，成本低，制作方便的优点。

发明内容

本发明的目的是提供一种用碳纳米管层作为电流扩展层的发光二极管。

碳纳米管发光二极管，

—衬底，该衬底上生长外延结构；

—上述外延结构包括N型电流限制层、有源区、P型电流限制层;外延结构上是窗口层；其特征在于：还包括碳纳米管层，该碳纳米管层在窗口层之上，P电极之下。碳纳米管层用来做电流扩展层。

进一步，所述碳纳米管层为一平铺结构。

进一步，所述碳纳米管层包括至少一层碳纳米管薄膜，该碳纳米管膜中的碳纳米管沿同一方向延伸。

本发明的碳纳米管电流扩展层102可以是一层碳纳米管所组成，也可以是两层或以上；

本发明的碳纳米管电流扩展层是两层或以上的，碳纳米管可以按照同一方向铺设，也可以相互交叉垂直铺设，也可以按照一定角度铺设；随着碳纳米管层102的厚度增加，导电率会增加，但透射率会下降。

碳纳米管层102可以与GAP窗口层103直接接触，也可以通过媒质辅助与GAP窗口层103接触。此媒质辅助可以是金属等物质。

碳纳米管层102表面可以附着，也可以不附着金、银、铝、铜等其他薄膜或者纳米材料；随着导电附着物的增加，导电性能会增强，但透射率会下降。

有源区105可以是多量子阱，单量子阱，也可以是异质结结构；

有源区105发光波长范围可以是可见光，也可以是紫外，或者红外光；

衬底107可以是GAAS，也可以是GAN，蓝宝石，INP，SI，SOI等；

碳纳米管层102，可以用于光电器件中任何需要电流扩展的地方。

所述光电器件，也可以是发光二极管、激光器等需要电流扩展的光电器件。

碳纳米管层102作为电流扩展层使电流通过P电极101之后电流的输运得到扩展，使电极以外的区域电流密度得到增加。

图3-1是在发光二极管上没有铺设碳纳米管层102时的金相显微镜相片，与相同结构的铺设碳纳米管层102发光二极管相同电流下的对比结果图，通过对相片上显示亮度值数据提取，铺设碳纳米管层102的发光二极管电流均匀度提高了80%，显示了碳纳米管层102的优越性。

附图说明：

图1是外延片结构图。

图2是制备流程。

图2-1是铺设碳纳米管层102。

图2-2是溅射P电极101。

图2-3是光刻P电极101图形。

图2-4是溅射N电极108。

图3-1是没有铺设碳纳米管层102的金相显微镜相片；

图3-2是铺设碳纳米管层102的金相显微镜相片；

图3-3是亮度对比图。

具体实施方式：

本发明的新型发光二极管的制备方法如下：

在GAAS衬底107上，用普通金属有机化学气相淀积（MOCVD）方法依次外延生长N型电流限制层106、有源区105、P型电流限制层104，GAP窗口层103。

碳纳米管层102通过化学气相沉积（MOCVD）的方法制备。

把碳纳米管通过机器拉伸的方式铺设成网状结构平铺在GAP层103上。

溅射P电极101：清洗后，蒸发、溅射或者电镀AUZNAU电极。

光刻P电极101。

手工或者机器减薄衬底107。

在衬底一侧溅射AUGENI/AU N电极108，合金。

在碳纳米管裸露一侧涂光刻胶保护。

光刻出马路以露出碳纳米管。

通过ICP刻蚀通入氧等离子体清除马路上的碳纳米管。

机器划片。

去胶。

压焊封装。

测试。

Claims

1.碳纳米管发光二极管，包括衬底，该衬底上生长外延结构；上述外延结构包括n型电流限制层、有源区、p型电流限制层;外延结构上是窗口层；

其特征在于：还包括碳纳米管层，该碳纳米管层在窗口层103之上，P电极之下。

2.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述碳纳米管层为一平铺结构。

3.如权利要求2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薄膜，该碳纳米管膜中的碳纳米管沿同一方向延伸。