CN104681688A - 一种微结构层及发光二极管 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种微结构层，其由多个相互间隔的微球组成，所述多个微球沿多个直线延伸，所述微球的尺寸为20纳米~100纳米，在所述直线的延伸方向上相邻的两个微球之间的间距为10纳米~300纳米，所述微结构层设置于一基板的表面，并通过范德华力与所述基板紧密结合而成一一体结构。本发明还涉及一种设置了微结构层的发光二极管。
Description
技术领域
本发明涉及一种微结构层及发光二极管，尤其涉及一种纳米级微结构以及将该微结构应用于发光二极管。
背景技术
在现有技术中，制作各种半导体设备时，常需要制作具有数十纳米到数百纳米的微结构。然而，采用先蒸镀或沉积金属层，然后刻蚀的手段难以得到纳米级的微球，要做到定向排布的纳米尺寸的微颗粒，并且微颗粒之间间距较小，比较难以实现。
发明内容
有鉴于此，确有必要提供一种微结构层，该微结构层中的微球的尺寸及间距均为纳米级。
一种微结构层，其由多个相互间隔的微球组成，所述多个微球沿多个直线延伸，所述微球的尺寸为20纳米~100纳米，在所述直线的延伸方向上相邻的两个微球之间的间距为10纳米~300纳米，所述微结构层设置于一基板的表面，并通过范德华力与所述基板紧密结合而成一一体结构。
一种微结构层，其包括：多个相互间隔的微球，所述多个微球沿多个直线延伸，所述微球包括一内层及包覆于所述内层的一外层，所述微球的尺寸为10纳米~100纳米，在所述直线的延伸方向上相邻的两个微球之间的间距为20纳米~100纳米，所述微结构层设置于一基板的表面，并通过范德华力与所述基板紧密结合而成一一体结构。
一种发光二极管，其包括：一基底、一第一半导体层、活性层、第二半导体层、一第一电极、一第二电极、一微结构层及一透明导电层，所述第一半导体层、活性层及第二半导体层依次层叠设置于所述基底的表面，所述第一电极设置于所述第一半导体层的表面，所述第二电极和微结构层设置于所述第二半导体层的表面，所述微结构层包括多个相互间隔的微结构，所述多个微球均匀分布，所述微球的尺寸为10纳米~300纳米，在所述直线的延伸方向上相邻的两个微球之间的间距为10纳米~300纳米，所述多个微球通过范德华力与所述第二半导体层紧密结合而成一一体结构。
相较于现有技术，本发明所述微球多个相互间隔且均匀分布，所述微球的尺寸为纳米级，相邻两个微球之间的间距也为纳米级。并且，所述微球与所述第二半导体层紧密结合而成一一体结构，因而不易脱落。所述微球设置于发光二极管的第二半导体层的表面时，由于所述微球的间距及尺寸均为纳米级，因而具有特殊的光学效应。当发出的光到达所述微结构层，会发生衍射现象，从而改变光的出射方向，从而实现了发光二极管的大角度光的取出，提高了发光二极管的光取出效率。
附图说明
图1为本发明第一实施例提供的所述微结构的制备方法的流程图。
图2为本发明采用的碳纳米管拉膜的扫描电镜照片。
图3为本发明采用的非扭转的碳纳米管线的扫描电镜照片。
图4为本发明采用的扭转的碳纳米管线的扫描电镜照片。
图5及图6为本发明第一实施例提供的微结构的扫描电镜照片。
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为图7所述发光二极管设置不同的微结构后的发光效率对比图。
图9为图7所述发光二极管与普通的发光二极管在不同的激励电流下的发光效率的对比图。
图10为图7所述发光二极管与普通的发光二极管在0.1A的激励电流下的发光效率曲线的对比图。
图11为本发明第二实施例所述微结构的结构示意图。
图12为本发明第二实施例所述微结构的扫描电镜照片。
主要元件符号说明
| 碳纳米管结构 | 110 |
| 框架 | 112 |
| 预制层 | 120 |
| 碳纳米管复合结构 | 130，131 |
| 基板 | 140 |
| 微结构 | 150，151 |
| 发光二极管 | 200，300 |
| 基底 | 210，310 |
| 第一半导体层 | 220，320 |
| 第一电极 | 222，322 |
| 第一表面 | 224，324 |
| 第二表面 | 226，326 |
| 活性层 | 230，330 |
| 第二半导体层 | 240，340 |
| 第二电极 | 242，342 |
| 微结构层 | 250 |
| 透明导电层 | 260，360 |
| 第一预制层 | 121 |
| 第二预制层 | 122 |
| 内核 | 1510 |
| 外壳 | 1512 |
如下具体实施例将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
以下将结合附图对纳米级微结构及其制备方法的各个实施例作进一步的详细说明。
请参阅图1，本发明第一实施例提供一种纳米级微结构的制备方法，其包括以下步骤：
步骤S10，提供一碳纳米管结构110，该碳纳米管结构110包括多个有序排列的碳纳米管；
步骤S20，将所述碳纳米管结构110悬空设置；
步骤S30，在所述碳纳米管结构110的表面设置一预制层120，使每个碳纳米管表面的预制层120的厚度为2纳米~10纳米，而得到一碳纳米管复合结构130；
步骤S40，将所述碳纳米管复合结构130转移至一基板140的表面，并通过一溶剂对所述碳纳米管复合结构130进行处理使所述碳纳米管复合结构130贴附在所述基板140的表面；以及
步骤S50，将处理后的碳纳米管复合结构130在500摄氏度~700摄氏度的温度下进行退火，去除所述碳纳米管结构110，所述预制层120在该温度下被软化，该软化的预制层120经过收缩，形成多个相互间隔的颗粒状微结构150。
在步骤S10中，所述碳纳米管结构110中的碳纳米管包括单壁碳纳米管、双壁碳纳米管及多壁碳纳米管中的一种或多种。所述碳纳米管结构110中的碳纳米管平行于所述碳纳米管结构110的表面。所述单壁碳纳米管的直径为0.5纳米~10纳米，双壁碳纳米管的直径为1.0纳米~15纳米，多壁碳纳米管的直径为1.5纳米~50纳米。所述碳纳米管的长度大于50微米。优选地，该碳纳米管的长度为200~900微米。
所述碳纳米管结构110包括至少一碳纳米管膜、至少一碳纳米管线状结构或其组合。所述碳纳米管膜包括多个均匀分布的碳纳米管。该碳纳米管膜中的多个碳纳米管沿一个方向延伸，该多个碳纳米管组成多个碳纳米管束，所述碳纳米管的延伸方向平行于所述碳纳米管膜的表面。具体地，该碳纳米管膜可包括一碳纳米管拉膜。该碳纳米管线状结构包括至少一非扭转的碳纳米管线、至少一扭转的碳纳米管线或其组合。当所述碳纳米管线状结构包括多根非扭转的碳纳米管线或扭转的碳纳米管线时，该非扭转的碳纳米管线或扭转的碳纳米管线可以相互平行呈一束状结构，或相互扭转呈一绞线结构。请参阅图2，具体地，该碳纳米管拉膜包括多个连续且定向排列的碳纳米管束。该多个碳纳米管束通过范德华力首尾相连。每一碳纳米管束包括多个相互平行的碳纳米管，该多个相互平行的碳纳米管通过范德华力紧密结合。该碳纳米管束的直径为10nm~200nm。该碳纳米管拉膜中的碳纳米管沿同一方向择优取向排列。当所述碳纳米管结构110仅包括单层碳纳米管拉膜时，该碳纳米管拉膜中相邻的碳纳米管片段之间具有孔隙，其中，该孔隙的尺寸为1纳米~0.5微米。可以理解，在由多个碳纳米管拉膜组成的碳纳米管结构110中，相邻两个碳纳米管拉膜中的碳纳米管的排列方向有一夹角α，且0°≦α≦90°，从而使相邻两层碳纳米管拉膜中的碳纳米管相互交叉组成一网状结构，该网状结构包括多个微孔，该多个微孔均匀且规则分布于碳纳米管结构中，其中，该微孔直径为1纳米~0.5微米。所述碳纳米管拉膜的厚度为0.01微米~100微米。所述碳纳米管拉膜可以通过拉取一碳纳米管阵列直接获得。所述碳纳米管拉膜的结构及其制备方法请参见范守善等人于2007年2月9日申请的，于2010年5月26日公告的第CN101239712B号中国公告专利“碳纳米管薄膜结构及其制备方法”，申请人：清华大学，鸿富锦精密工业（深圳）有限公司。为节省篇幅，仅引用于此，但上述申请所有技术揭露也应视为本发明申请技术揭露的一部分。
请参阅图3，该非扭转的碳纳米管线包括多个沿该非扭转的碳纳米管线长度方向排列的碳纳米管。具体地，该非扭转的碳纳米管线包括多个碳纳米管片段，该多个碳纳米管片段通过范德华力首尾相连，每一碳纳米管片段包括多个相互平行并通过范德华力紧密结合的碳纳米管。该碳纳米管片段具有任意的长度、厚度、均匀性及形状。该非扭转的碳纳米管线长度不限，直径为0.5纳米~100微米。非扭转的碳纳米管线为将碳纳米管拉膜通过有机溶剂处理得到。具体地，将有机溶剂浸润所述碳纳米管拉膜的整个表面，在挥发性有机溶剂挥发时产生的表面张力的作用下，碳纳米管拉膜中的相互平行的多个碳纳米管通过范德华力紧密结合，从而使碳纳米管拉膜收缩为一非扭转的碳纳米管线。该有机溶剂为挥发性有机溶剂，如乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷或氯仿，本实施例中采用乙醇。通过有机溶剂处理的非扭转的碳纳米管线与未经有机溶剂处理的碳纳米管膜相比，比表面积减小，粘性降低。
所述扭转的碳纳米管线为采用一机械力将所述碳纳米管拉膜两端沿相反方向扭转获得。请参阅图4，该扭转的碳纳米管线包括多个绕该扭转的碳纳米管线轴向螺旋排列的碳纳米管。具体地，该扭转的碳纳米管线包括多个碳纳米管片段，该多个碳纳米管片段通过范德华力首尾相连，每一碳纳米管片段包括多个相互平行并通过范德华力紧密结合的碳纳米管。该碳纳米管片段具有任意的长度、厚度、均匀性及形状。该扭转的碳纳米管线长度不限，直径为0.5纳米~100微米。进一步地，可采用一挥发性有机溶剂处理该扭转的碳纳米管线。在挥发性有机溶剂挥发时产生的表面张力的作用下，处理后的扭转的碳纳米管线中相邻的碳纳米管通过范德华力紧密结合，使扭转的碳纳米管线的比表面积减小，密度及强度增大。
所述碳纳米管线状结构及其制备方法请参见范守善等人于2002年9月16日申请的，于2008年8月20日公告的第CN100411979C号中国公告专利“一种碳纳米管绳及其制造方法”，申请人：清华大学，鸿富锦精密工业（深圳）有限公司，以及于2005年12月16日申请的，于2009年6月17日公告的第CN100500556C号中国公告专利申请“碳纳米管丝及其制作方法”，申请人：清华大学，鸿富锦精密工业（深圳）有限公司。为节省篇幅，仅引用于此，但上述申请所有技术揭露也应视为本发明申请技术揭露的一部分。
本实施例中，所述碳纳米管结构110为单层碳纳米管拉膜，所述碳纳米管拉膜直接从生长好的碳纳米管阵列拉取得到，该碳纳米管结构110中的多个碳纳米管通过范德华力首尾相连且沿同一方向排列。
所述碳纳米管结构110中多个碳纳米管通过范德华力紧密连接形成一自支撑结构。所谓自支撑结构是指该结构可以无需一基底而保持一特定的膜状结构。因而，当将所述碳纳米管结构110悬空设置时，所述碳纳米管结构110具有自支撑性而可部分悬空设置。
在步骤S20中，所述碳纳米管结构110可通过一框架112固定，位于框架112内部的部分悬空设置，从而使得碳纳米管结构110充分暴露，以利于后续的在其表面设置所述预制层120。所述框架112为一中空的结构，具有一通孔。所述碳纳米管结构110的边缘可固定于所述框架112中，位于中间的部分通过所述通孔暴露出来且悬空设置。通过所述框架112，使得所述碳纳米管结构的边缘能够牢固的固定，并保持位于通孔位置处的碳纳米管结构110充分暴露。本实施例中，所述框架112为一“口”字形的边框，所述碳纳米管结构110的边缘通过所述边框固定。
可以理解，所述碳纳米管结构110悬空设置的方式也可以为其他手段，比如金属网栅、具有中空结构的盘子等，只要实现使碳纳米管结构110悬空即可。
在步骤S30中，通过电子束蒸镀法将所述预制层120沉积于所述碳纳米管结构110的表面。可以理解，所述沉积的方法不限于上述列举的方法，还可以为磁控溅射法、原子层沉积法等物理气相沉积法，只要保证所述预制层120在沉积的过程中不破坏所述碳纳米管结构110的形态和结构即可。
所述碳纳米管结构110具有相对的两个表面(图未标)，由于所述碳纳米管结构110悬空设置，因而所述碳纳米管结构110的两个表面均被所述预制层120覆盖。具体的，该预制层120包覆所述碳纳米管结构110中多个碳纳米管的至少部分表面。所述碳纳米管结构110包括多个微孔结构，可以理解，所述微孔结构中也可分布有所述预制层120。所述碳纳米管结构110中的碳纳米管与所述预制层120紧密结合，形成一整体的碳纳米管复合结构130。其中，所述碳纳米管结构110对所述预制层120起到支撑作用。本实施例中，所述碳纳米管结构110中多个碳纳米管被所述预制层120完全包覆。
所述预制层120的材料可为金、银、镍、钛、铁、铝、铂、钯、铬、钼、钨、铜等金属、氧化铝、氧化镁、氧化锌、氧化铪等金属氧化物、或者金属硫化物等中的至少一种。可以理解，所述预制层120的材料不限于上述列举材料，还可以为二氧化硅等非金属氧化物等，只要可以沉积于所述碳纳米管结构的表面，且在后续的退火过程中不被空气氧化，并在该退火过程中可实现软化及收缩聚集即可。所述预制层120的厚度不限，可为2纳米~10纳米，优选的，为2纳米~5纳米。
本实施例中，通过电子束蒸镀法在所述碳纳米管结构110的表面设置预制层120，所述预制层120的材料为金，所述预制层120的厚度为2纳米。
在步骤S40中，将所述框架和所述碳纳米管复合结构130一起转移至所述基板140的表面，再移除所述框架。此时，所述碳纳米管复合结构130与所述基板140之间并非完全紧密接触，部分的碳纳米管复合结构130与所述基板140之间存在空气。
当向所述碳纳米管复合结构130的表面滴加溶剂，所述溶剂会浸润所述碳纳米管复合结构130，软化所述碳纳米管复合结构130，并将所述碳纳米管复合结构130与所述基板140之间的空气排出。当所述溶剂被去除后，所述碳纳米管复合结构130与所述基板140的表面形成紧密的接触，从而使得在后续的退火过程中形成的微结构150紧密结合于所述基板140的表面。
所述溶剂可为水、有机溶剂等。所述有机溶剂为挥发性有机溶剂，如乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷及氯仿。本实施例中，所述溶剂为乙醇，通过将所述乙醇滴加于所述碳纳米管复合结构130的表面，然后自然风干，使得所述碳纳米管复合结构130紧密贴附于所述基板140。
所述基板140的材料不限，可为绝缘基板、金属基板或者半导体基板，只要所述基板140在后续的退火过程中，不与所述预制层120发生反应，且该基底在500摄氏度至700摄氏度不发生物理或化学变化即可。本实施例中，所述基板140为硅基板。
在步骤S50中，通过将处理后的碳纳米管复合结构130在空气中退火，所述碳纳米管结构110在高温条件下与空气中的氧气发生氧化反应而被去除。所述预制层120在高温下会被软化。所述“软化”是指由于所述预制层120的厚度较小，当处于高温时所述预制层120吸收热量而由固态变为一近似熔融的液态。同时由于作为支撑体的碳纳米管结构被去除，因而根据能量最低的原则，该软化的预制层120会收缩并聚集，最终室温下形成多个相互间隔的微结构150。
由于所述碳纳米管复合结构130紧密结合于所述基板140的表面，当经过退火处理后，该形成的多个微结构150与所述基板140通过范德华力紧密结合而形成一一体结构。
相邻数个所述微结构150进行虚拟连接后的整体形态相当于所述碳纳米管结构110中碳纳米管的单根形态。即，所述多个微结构150相互间隔，并沿多个直线延伸。具体的，当所述碳纳米管结构110为单层碳纳米管拉膜或碳纳米管线状结构时，所述碳纳米管拉膜或碳纳米管线状结构包括多个碳纳米管沿同一方向择优取向排列，则得到的多个微结构150相互间隔排列，并沿碳纳米管的方向延伸，从而实现微结构的定向排列。当所述碳纳米管结构110为交叉重叠的多层碳纳米管拉膜时，得到的多个微结构150中相邻的微结构150沿不同的方向间隔排列。可以理解，当采用正向交叉的碳纳米管拉膜作为碳纳米管结构时，得到的所述多个微结构150沿两个垂直的方向间隔排列，如呈阵列式或棋盘状排列。
所述退火条件的选择除了考虑所述碳纳米管结构110的氧化温度，还要考虑所述基板140的形变温度。具体的，所述退火的温度要高于所述碳纳米管结构110的氧化温度，而低于所述基板140的形变温度，所述退火的时间要保证所述碳纳米管结构110被完全去除，同时使所述预制层120软化。此时，由于所述基板140耐高温，因而所述基板140不发生熔融等物理或化学变化。具体的，比如所述预制层120的材料为金、银、钛、镍等金属、氧化铪等金属氧化物或二氧化硅等非金属氧化物，所述退火的温度选择为500摄氏度~700摄氏度，所述退火的时间为5分钟~60分钟。可以理解，由于所述预制层120的厚度很小，因而在500摄氏度~700摄氏度的温度下，所述预制层120会被软化，最终发生进一步的收缩聚集而形成微球颗粒。
可以理解，在所述碳纳米管结构110相同的情况下，所述微结构150的尺寸及间距与所述预制层120的厚度，所述退火的时间，以及退火的温度有关。具体来说，所述预制层120的厚度越小，所述退火的温度越高，所述退火的时间越短，形成的微结构150的尺寸越小，相邻的微结构150之间的间距越大。
所述微结构150的形状为类球形或球形。所述微结构150的尺寸大小为10纳米~300纳米，优选的，为20纳米~100纳米。在碳纳米管的延伸方向上相邻的两个微结构之间的间距为10纳米~300纳米，优选的，为20纳米~100纳米。所述微结构150在垂直于所述预制层120的表面的方向上的尺寸定义为微结构150的高度。所述微结构150的高度为30纳米~50纳米。
本实施例中，所述退火的温度为600摄氏度，所述退火的时间为30分钟。请参阅图5及图6，所述微结构150呈颗粒状分布，相邻的两个微结构150相互间隔，该多个微结构150沿碳纳米管的延伸方向排列。其中，所述微结构150的尺寸为20纳米~100纳米，在碳纳米管的延伸方向上相邻的两个微结构150的间距为为20纳米~200纳米，所述微结构150的高度为40纳米。
本实施例提供的所述微结构150的制备方法，通过在碳纳米管结构110的表面设置预制层120，然后进行退火处理，去除所述碳纳米管结构后，使得被软化的所述预制层120收缩成多个相互间隔且均匀分布的微结构150。由于本方法以碳纳米管结构110为模板，因而该多个微结构150沿着碳纳米管的延伸方向排列，从而实现大面积制备定向排列的微结构。并且，所述微结构150通过范德华力与所述基板140紧密结合而成一体结构，因而该微结构150不易脱落，方便工业化应用。该制备方法简单、效率高，且易于产业化。
本发明第一实施例还提供一种微结构层250，所述微结构层250由多个相互间隔的微结构150组成，所述多个微结构150沿多个直线延伸。所述直线延伸的方向为所述碳纳米管的延伸方向。可以理解，从微纳米的尺寸上看，所述多个微结构150沿多个直线延伸并非指所述多个微结构150严格的沿直线延伸，而是指该多个微结构150基本沿直线延伸。所述微结构150为类球形颗粒，该微结构150的横截面可为椭圆形、类三角形等不规则的形状。所述微结构150的尺寸为10纳米~300纳米，优选为20纳米~100纳米。在所述直线的延伸方向上相邻的两个微结构150之间的间距为10纳米~300纳米，优选为20纳米~100纳米。所述微结构150的高度为30纳米~50纳米。所述微结构150的材料可为金、银、镍、钛等金属、氧化铪等金属氧化物或二氧化硅等非金属氧化物等。本实施例中，所述微结构150的尺寸为20纳米~100纳米，在所述直线延伸的方向上相邻的两个微结构150的间距为为20纳米~200纳米，所述微结构150的高度为40纳米，所述微结构150的材料为金。所述微结构层设置于一基板140的表面，并通过范德华力与所述基板140紧密结合而成一一体结构。
请参阅图7，本发明第一实施例还提供一种发光二极管200，其包括：一基底210、一第一半导体层220、活性层230、第二半导体层240、一第一电极222、一第二电极242、一微结构层250及一透明导电层260。所述第一半导体层220、活性层230及第二半导体层240依次层叠设置于所述基底210的表面。所述第一电极222设置于所述第一半导体层220的表面。所述第二电极242和微结构层250设置于所述第二半导体层240的表面。所述透明导电层260与所述第二电极242电连接。
所述基底210具有支撑的作用。所述基底210的厚度为300-500微米，其材料包括蓝宝石、砷化镓、磷化铟、偏铝酸锂、镓酸锂、氮化铝、硅、碳化硅及氮化硅等材料中的一种。本实施例中，所述基底210的厚度为400微米，其材料为蓝宝石。
所述活性层230与第二半导体层240依次设置于所述第一半导体层220的表面。具体地，所述第一半导体层220包括一第一表面224与一第二表面226，该第一半导体层220的第一表面224与第二表面226具有不同的高度，所述活性层230与第二半导体层240依次设置于第一表面224，形成台阶结构。可以理解，所述第一半导体层220的第一表面224与第二表面226可位于同一平面，此时，所述活性层230与第二半导体层240依次设置于所述基底210的部分表面，形成一台阶结构。
所述第一半导体层220、第二半导体层240为N型半导体层或P型半导体层两种类型。具体地，当该第一半导体层220为N型半导体层时，第二半导体层240为P型半导体层；当该第一半导体层220为P型半导体层时，第二半导体层240为N型半导体层。所述N-半导体层用于提供电子，所述P型半导体层起到提供空穴的作用。N型半导体层的材料包括N-氮化镓、N-砷化镓及N-磷化铜等材料中的一种。P型半导体层的材料包括P-氮化镓、P-砷化镓及P-磷化铜等材料中的一种。所述第一半导体层220的厚度分别为1微米~5微米。所述第二半导体层240的厚度为0.1微米~3微米。本实施例中，所述第一半导体层220为N型半导体层，该第一半导体层220的厚度为2微米，材料为N型氮化镓。所述第二半导体层240为P型半导体层，该第二半导体层240的厚度为0.3微米，材料为P型氮化镓。
所述活性层230为包含一层或多层量子阱层的量子阱结构(Quantum Well)。所述活性层230用于提供光子。所述活性层230的材料包括氮化镓、氮化铟镓、氮化铟镓铝、砷化稼、砷化铝稼、磷化铟镓、磷化铟砷及砷化铟镓中的一种或几种，其厚度为10纳米~0.6微米。本实施例中，所述活性层230为两层结构，包括一氮化铟镓层及一氮化镓层，其厚度为0.3微米。
所述微结构层250设置于所述透明导电层260与所述第二电极242之间。所述微结构层250覆盖所述第二半导体层240的部分表面。具体的，所述微结构层250由多个相互间隔的微结构150组成。所述多个微结构150沿多个直线延伸。所述多个微结构150设置于所述第二半导体层240的表面。
所述微结构150的尺寸为10纳米~300纳米，优选为20纳米~100纳米。在所述直线的延伸方向上相邻的两个微结构150之间的间距为10纳米~300纳米，优选为20纳米~100纳米。所述微结构150的高度为30纳米~50纳米。所述微结构150的材料可为金、银、镍、钛等金属、氧化铪等金属氧化物或二氧化硅等非金属氧化物。
所述透明导电层260设置于所述微结构层250的表面，并覆盖所述第二电极242。所述透明导电层可为金属双层结构。本实施例中，所述透明导电层为2纳米的镍层和5纳米的金层。
所述第一电极222、第二电极242分别与所述第一半导体层220、第二半导体层240电连接。所述第一电极222、第二电极242可以为N型电极或P型电极两种类型。所述第一电极222、第二电极242的类型分别与第一半导体层220、第二半导体层240的类型相同。本实施例中，所述第一电极222为N型电极，所述第二电极242为P型电极。
当所述发光二极管200处于工作状态时，第二电极242有少量空穴产生，第一电极222有少量电子产生。第二电极242产生的一部分空穴经由透明导电层260到达第二半导体层240，并诱发第二半导体层240使其产生大量的空穴；同时，第二电极242产生的另一部分空穴从第二电极242开始，依次经过透明导电层260、微结构层250到达第二半导体层240，并诱发第二半导体层240使其产生大量的空穴；之后，这些空穴移动至活性层230。其中，透明导电层260与第二半导体层240直接电连接，有利于电流的横向分散以及均匀分布，进而提高发光二极管20的光的取出效率。电子从第一电极222移动至第一半导体层220，并诱发第一半导体层220产生大量的电子；之后，电子移动至活性层230。这些空穴和电子在活性层230相遇，并发生撞击，产生光子。
大部分的光子经过第二半导体层240，到达微结构层250。由于所述微结构层250由多个相互间隔的微结构150组成，该微结构150沿多个直线延伸排列，因而具有光学偏振效果。请参阅图8，定义所述微结构150沿多个直线延伸排列的方向为一第二方向，垂直于所述第二方向的方向为一第一方向。由于多个微结构150沿预定的方向排列，从该发光二极管发射出的光具有一定的偏振性，并且，通过蒸镀厚度为5纳米的金，由于形成的微结构的颗粒直径较大，排列较为密集，其对应的光学偏振效果，比所述蒸镀厚度为2纳米的金所形成的微结构的光学偏振效果好。
并且，当这部分的光到达所述微结构层250，会发生散射，从而改变光的出射方向，从而实现了发光二极管200的大角度光的取出，提高了发光二极管200的光取出效率。由此可见，所述发光二极管200既能够实现偏振光的出射，并且能够提高该偏振光的光取出效率。请参阅图9，在不同的激励电流下，所述发光二极管200的发光效率相对于普通的发光二极管高。请参阅图10，在0.1A的激励电流下，所述发光二极管200的发光效率相对于普通的发光二极管提高约40%。
本发明第二实施例提供一种微结构的制备方法，其包括以下步骤：
步骤S11，提供一碳纳米管结构110，该碳纳米管结构110包括多个有序排列的碳纳米管；
步骤S21，将所述碳纳米管结构110悬空设置；
步骤S31，在所述碳纳米管结构110的表面依次设置一第一预制层121及一第二预制层122，使每个碳纳米管表面的第一预制层121与第二预制层122的厚度之和为2纳米~10纳米，而得到一碳纳米管复合结构131；
步骤S41，将所述碳纳米管复合结构131转移至一基板140的表面，并将所述碳纳米管复合结构131通过一溶剂处理使所述碳纳米管复合结构131贴附在所述基板的表面；以及
步骤S51，将处理后的碳纳米管复合结构130在500摄氏度~700摄氏度的温度下进行退火，去除所述碳纳米管结构110，所述第一预制层121与第二预制层122在该温度下被软化，软化的第一预制层121与第二预制层122经过收缩，聚集成多个相互间隔的颗粒状微结构151。
该第二实施例所述纳米级微结构的制备方法与第一实施例所述纳米级微结构的制备方法基本相同，不同在于，步骤S31中在碳纳米管结构110的表面依次设置第一预制层121及第二预制层122，以及步骤S51中形成的微结构151。
在步骤S31中，可通过电子束蒸镀法将所述第一预制层121及第二预制层122依次沉积于所述碳纳米管结构110的表面。可以理解，所述沉积的方法不限于上述列举的方法，还可以为磁控溅射法、原子层沉积法等物理气相沉积法，只要保证所述第一预制层121及第二预制层122在沉积的过程中不破坏所述碳纳米管结构110的形态和结构即可。
所述第一预制层121包覆所述碳纳米管结构110中多个碳纳米管的至少部分表面。所述第二预制层122包覆所述第一预制层121。可以理解，所述第一预制层121及第二预制层122均为一连续的层状结构。所述第一预制层121位于所述碳纳米管结构110与所述第二预制层122之间。
所述第一预制层121及第二预制层122为不同的材料，可为金、银、镍、钛、铁、铝、铂、钯、铬、钼、钨、铜等金属、氧化铝、氧化镁、氧化锌、氧化铪等金属氧化物、或者金属硫化物。可以理解，所述第一预制层121及第二预制层122的材料不限于上述列举材料，还可以为二氧化硅等非金属氧化物等，只要可以沉积于所述碳纳米管结构的表面即可。可以理解，所述第二预制层122的材料的选择需要考虑其在后续的退火步骤中不被氧化。所述第一预制层121及第二预制层122的厚度不限，可为2纳米~10纳米，优选的，为2纳米~5纳米。
本实施例中，通过电子束蒸镀法在所述碳纳米管结构110的表面设置第一预制层121及第二预制层122，所述第一预制层121及第二预制层122的材料分别为银和二氧化硅，所述第一预制层121及第二预制层122的厚度分别均为2纳米。
在步骤S51中，经过退火后，所述碳纳米管结构110发生氧化反应而被去除。此时，所述第一预制层121及第二预制层122在高温下被软化，根据能量最低的原则，该软化的第一预制层121及第二预制层122会收缩并聚集，最终室温下形成多个相互间隔的微结构151。所述微结构151沿多个直线延伸。
请参阅图11，所述微结构151包括一内核1510及一外壳1512。所述外壳1512包覆所述内核1510而形成一核壳结构。所述内核1510为一类球形的实体结构，所述外壳1512为一层状的实体结构。所述外壳1512与所述内核1510紧密接触而成一一体的微球结构。所述内核1510及外壳1512分别为所述第一预制层121及第二预制层122高温下收缩聚集而成。可以理解，所述外壳1512包覆于所述内核1510的表面，可以起到保护所述内核1510的作用，避免所述内核1510在退火的过程中被氧化。
本实施例中，所述微结构151的内核为银，外核为二氧化硅，所述退火的温度为60分钟，退火的时间为30分钟。请参阅图12，所述微结构151呈颗粒状均匀分布，相邻的两个微结构151相互间隔。所述微结构151的尺寸为10纳米~100纳米，优选的，40纳米~100纳米。在所述直线的延伸方向上相邻的两个微结构151之间的间距为20纳米~100纳米，优选为50纳米~100纳米。所述微结构151的高度为30纳米~50纳米，优选为40纳米。
所述微结构151的介电常数ε0介于所述第一预制层121的材料的介电常数ε1与所述第二预制层122的材料的介电常数ε2之间。因而可通过选择所述第一预制层121和所述第二预制层122的材料，而可得到具有预定的介电常数的微结构。并且，当微结构151的内核为银、金等金属，外壳为二氧化硅等介质层时，将介质和金属材料一起所构成的球壳微结构应用于波导传播，在波导传播中表面等离激元模式可以在介质和金属的界面处稳定传播，从而避免了金属对光信号较大的吸收，可以避免光信号衰减，延长传输距离。
请一并参阅图11及图12，本发明第二实施例还提供一种微结构层，所述微结构层由多个相互间隔的微结构151组成，所述多个微结构151沿多个直线延伸。所述微结构151包括一内核1510及一外壳1512。所述外壳1512包覆所述内核1510而形成一核壳的微球结构。所述微结构层设置于一基板（图未示）的表面，并通过范德华力与所述基板紧密结合而成一一体结构。
通过在碳纳米管结构110的表面设置第一预制层121及第二预制层122，然后经过退火处理，去除碳纳米管结构而得到多个定向排列的微结构，所述微结构151为由内核和外壳组成的核壳结构。该制备方法工艺简单，成本低廉。
另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其他变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。
Claims (10)
1.一种微结构层，由多个相互间隔的微球组成，其特征在于，所述多个微球沿多个直线延伸，所述微球的尺寸为20纳米~100纳米，在所述直线的延伸方向上相邻的两个微球之间的间距为10纳米~300纳米，所述微结构层设置于一基板的表面，并通过范德华力与所述基板紧密结合而成一一体结构。
2.如权利要求1所述的微结构层，其特征在于，在所述直线的延伸方向上相邻的两个微球之间的间距为20纳米~100纳米。
3.如权利要求1所述的微结构层，其特征在于，所述微球的材料为金、银、镍、钛、铁、铝、铂、钯、铬、钼、钨、铜、氧化铝、氧化镁、氧化锌、氧化铪、或二氧化硅中的至少一种。
4.一种微结构层，其由多个相互间隔的微球组成，其特征在于，所述多个微球沿多个直线延伸，所述微球的尺寸为10纳米~100纳米，在所述直线的延伸方向上相邻的两个微球之间的间距为20纳米~100纳米，所述微球包括一内核和一包覆该内核的外壳，所述微结构层设置于一基板的表面，并通过范德华力与所述基板紧密结合而成一一体结构。
5.如权利要求4所述的微结构层，其特征在于，所述微球的尺寸为40纳米~100纳米。
6.如权利要求4所述的微结构层，其特征在于，在所述直线的延伸方向上相邻的两个微球之间的间距为50纳米~100纳米。
7.如权利要求4所述的微结构层，其特征在于，所述内核为一类球形的实体结构，所述外壳为一层状的实体结构。
8.如权利要求7所述的微结构层，其特征在于，所述内核的材料为金属，所述外壳的材料为介质层。
9.一种发光二极管，其包括：一基底、一第一半导体层、活性层、第二半导体层、一第一电极、一第二电极、一微结构层及一透明导电层，所述第一半导体层、活性层及第二半导体层依次层叠设置于所述基底的表面，所述第一电极设置于所述第一半导体层的表面，所述第二电极和微结构层设置于所述第二半导体层的表面，所述微结构层由多个相互间隔的微球组成，所述多个微球沿多个直线延伸，所述微球的尺寸为10纳米~300纳米，在所述直线的延伸方向上相邻的两个微球之间的间距为10纳米~300纳米，所述多个微球通过范德华力与所述第二半导体层紧密结合而成一一体结构。
10.如权利要求9所述的发光二极管，其特征在于，所述微结构层设置于所述透明导电层与所述第二电极之间，所述微结构层覆盖所述第二半导体层的部分表面。
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