CN105810792A - 发光二极管 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种发光二极管，其包括：一绝缘基底；一半导体碳纳米管层，该半导体碳纳米管层设置于绝缘基底表面；一第一电极，该第一电极与半导体碳纳米管层电连接；一第二电极，该第二电极与第一电极间隔设置，并与半导体碳纳米管层电连接；其中，进一步包括一氧化镁层，该氧化镁层设置于半导体碳纳米管层与绝缘基底之间，并与半导体碳纳米管层接触设置；在位于第一电极和第二电极之间的半导体碳纳米管层远离绝缘基底的表面定义相邻的一第一区域和一第二区域，该第一区域靠近第一电极设置，该第二区域靠近第二电极设置；一功能介质层，该功能介质层设置于位于第一区域的半导体碳纳米管层的表面，位于第二区域的半导体碳纳米管层的表面暴露。

Description

发光二极管
技术领域
本发明涉及一种发光二极管，尤其涉及一种基于氧化镁层双介质层的发光二极管。
背景技术
发光二极管是一种把电能转换成光能的发光器件，是在P-N结、双异质结或多量子阶结构上通以正向电流时可发出可见光、红外线及紫外光等的光发射器件。
传统的发光二极管通常包括N型半导体层、P型半导体层、设置在N型半导体层与P型半导体层之间的活性层、设置在P型半导体层上的P型电极以及设置在N型半导体层上的N型电极。发光二极管处于工作状态时，在P型半导体层与N型半导体层上分别施加正、负电压，这样，存在于P型半导体层中的空穴与存在于N型半导体层中的电子在活性层中发生复合而产生光子，且光子从发光二极管中射出。
现有技术中，半导体层一般采用砷化镓、磷化镓、碳化硅、氮化镓等材料，然而这些材料一般需要在蓝宝石基底上外延生长，而且这些外延结构与基底之间普遍存在晶格失配的现象，易存在位错等缺陷，工艺条件限制较高。
发明内容
有鉴于此，确有必要提供一种工艺简单，并可在普通基底上制备的发光二极管。
一种发光二极管，其包括：一绝缘基底；一半导体碳纳米管层，所述半导体碳纳米管层设置于所述绝缘基底的表面；一第一电极，所述第一电极与该半导体碳纳米管层电连接；一第二电极，所述第二电极与第一电极间隔设置，并与所述半导体碳纳米管层电连接；其中，进一步包括一氧化镁层，所述氧化镁层设置于该半导体碳纳米管层与绝缘基底之间，并与该半导体碳纳米管层接触设置；在位于所述第一电极和第二电极之间的所述半导体碳纳米管层远离绝缘基底的表面定义相邻的一第一区域和一第二区域，该第一区域靠近所述第一电极设置，该第二区域靠近所述第二电极设置；一功能介质层，所述功能介质层设置于位于所述第一区域的所述半导体碳纳米管层的表面，位于第二区域的所述半导体碳纳米管层的表面暴露。
一种发光二极管，其包括：一绝缘基底；一P型半导体碳纳米管层，所述P型半导体碳纳米管层设置于所述绝缘基底的表面；一第一电极与第二电极，所述第一电极与所述第二电极间隔设置，并分别与所述P型半导体碳纳米管层电连接；其中，所述发光二极管进一步包括一氧化镁层和一功能介质层，在位于所述第一电极和第二电极之间的所述P型半导体碳纳米管层远离绝缘基底的表面定义相邻的一第一区域和一第二区域，该第一区域靠近所述第一电极设置，该第二区域靠近所述第二电极设置，所述功能介质层设置于所述第一区域，位于第二区域的所述P型半导体碳纳米管层的表面暴露，所述氧化镁层至少设置于位于所述第一区域的所述P型半导体碳纳米管层的表面且所述P型半导体碳纳米管层接触。
与现有技术相比较，本发明提供的发光二极管具有以下优点：由于采用碳纳米管材料作为半导体层，所述发光二极管可在普通基底上制备得到；通过在碳纳米管材料的表面选择性沉积由氧化镁层、功能介质层组成的双介质层即可得到发光二极管，制备工艺简单。
附图说明
图1为本发明第一实施例提供的发光二极管的剖视图。
图2为本发明第一实施例中半导体碳纳米管层的扫描电镜照片。
图3为本发明第二实施例提供的发光二极管的剖视图。
图4为本发明第三实施例提供的发光二极管的剖视图。
主要元件符号说明
发光二极管 10，20
绝缘基底 110
半导体碳纳米管层 120
第一电极 121
第二电极 122
氧化镁层 130
功能介质层 140
第二氧化镁层 150
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
下面将结合具体实施例，对本发明提供的基于氧化镁层双介质层的发光二极管作进一步详细说明。
请参阅图1，本发明第一实施例提供一种发光二极管10，其包括：一绝缘基底110、一半导体碳纳米管层120、一第一电极121、一氧化镁层130、一功能介质层140以及一第二电极122。所述半导体碳纳米管层120、氧化镁层130、功能介质层140从下向上依次层叠设置于所述绝缘基底110的表面。所述半导体碳纳米管层120与所述绝缘基底110接触设置。所述氧化镁层130设置于所述半导体碳纳米管层120远离绝缘基底110的部分表面，并与该半导体碳纳米管层120接触设置。所述功能介质层140设置于氧化镁层130远离所述绝缘基底110的表面。所述第一电极121与所述第二电极122间隔设置，并与所述半导体碳纳米管层120电连接。
具体地，在位于所述第一电极121和第二电极122之间的所述半导体碳纳米管层120远离绝缘基底110的表面定义相邻的一第一区域和一第二区域，该第一区域靠近所述第一电极121设置，该第二区域靠近所述第二电极122设置，所述第一区域和第二区域沿从第一电极121到第二电极122的方向并排且相邻设置。所述氧化镁层130设置于位于所述第一区域的所述半导体碳纳米管层120的表面，位于第二区域的所述半导体碳纳米管层120的表面暴露。所述功能介质层140覆盖于所述氧化镁层130远离绝缘基底110的表面，且该功能介质层140设置于该第一电极121、第二电极122之间。
所述绝缘基底110起支撑作用，该绝缘基底110的材料不限，可选择为玻璃、石英、陶瓷、金刚石等硬性材料，也可选择塑料、树脂等柔性材料。进一步，所述绝缘基底110为一柔性材料，如聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺等柔性材料。本实施例中，所述绝缘基底110的材料为柔性材料，优选为聚对苯二甲酸乙二醇酯。
所述半导体碳纳米管层120包括多个碳纳米管，该多个碳纳米管相互连接形成一连续的导电网络结构。所述半导体碳纳米管层120可为一纯碳纳米管结构，所述纯碳纳米管结构由多个碳纳米管组成，多个碳纳米管的排列方向可以是无序的、无规则的，比如多个碳纳米管交叉、缠绕排列的网状结构。所述半导体碳纳米管层120中多个碳纳米管的排列方向也可以是有序的、有规则的，比如多个碳纳米管沿同一方向排列或分别沿两个方向有序排列。所述半导体碳纳米管层120也可以由碳纳米管膜、碳纳米管线状结构或碳纳米管线状结构与碳纳米管膜的组合构成。所述碳纳米管线状结构可由单根或者多根平行排列的碳纳米管线组成。所述半导体碳纳米管层120可以是一自支撑结构，所谓自支撑是指碳纳米管层不需要大面积的载体支撑，而只要相对两边提供支撑力即能整体上悬空而保持自身层状状态。所述半导体碳纳米管层120也可形成在一绝缘支撑体的表面。所述半导体碳纳米管层120可由单层或多层碳纳米管组成。
所述半导体碳纳米管层120整体上表现为半导体性质。所述半导体碳纳米管层120中半导体性碳纳米管所占比例为大于66.7%，优选地，半导体性碳纳米管所占比例为90%-100%，优选地，所述半导体碳纳米管层120由纯半导体性的碳纳米管组成。进一步，所述半导体碳纳米管层120是由纯P型半导体性的碳纳米管形成的P型半导体碳纳米管层。所述半导体碳纳米管层120可由多根交错排列的单壁碳纳米管组成。该半导体碳纳米管层120中的单壁碳纳米管的直径小于2纳米，单壁碳纳米管的长度为2微米-4微米，该半导体碳纳米管层120的厚度为0.5纳米-2纳米。优选地，该单壁碳纳米管的直径大于等于0.9纳米小于等于1.4纳米。
请参阅图2，本实施例中，所述半导体碳纳米管层120是由单层单壁碳纳米管组成，该半导体碳纳米管层120中半导体性碳纳米管所占比例为98%。所述半导体碳纳米管层120中多个单壁碳纳米管交叉、缠绕形成网络结构，该半导体碳纳米管层120中单壁碳纳米管的直径为1.2纳米，即该半导体碳纳米管层120厚度为1.2纳米。
所述氧化镁层130设置于所述半导体碳纳米管层120远离绝缘基底110的部分表面，并与半导体碳纳米管层120接触设置。具体地，所述氧化镁层130连续且直接附着于所述半导体碳纳米管层120的部分表面，以确保被附着氧化镁层130的碳纳米管与空气完全隔离。
所述氧化镁层130可隔绝所述半导体碳纳米管层120与空气中的水分子接触，并且还可吸收该半导体碳纳米管层120中的水分子。该氧化镁层130降低了水分子与半导体碳纳米管层120中电子结合的几率，从而使得所述半导体碳纳米管层120中的电子数量提高，并相应降低了半导体碳纳米管层120中的空穴数量。所以，所述氧化镁层130可增加半导体碳纳米管层120覆盖区域的N型特性，并相应降低半导体碳纳米管层120覆盖区域的P型特性。进而，在所述半导体碳纳米管层120与功能介质层140之间设置一氧化镁层130后，该氧化镁层130可显著降低半导体碳纳米管层120覆盖区域的P型特性，并使得半导体碳纳米管层120覆盖区域的N型特性进一步显著增加。
所述氧化镁层130的厚度为大于1纳米。优选地，该氧化镁层130的厚度为1-10纳米。可以理解，所述氧化镁层130的厚度越大，其结构就会越稳定，降低半导体碳纳米管层120空穴数量越显著。本实施例中，所述氧化镁层130的厚度为10纳米。
所述功能介质层140设置于所述氧化镁层130远离半导体碳纳米管层120的表面。优选地，该功能介质层140设置于该氧化镁层130的整个表面。所述功能介质层140的材料可对该半导体碳纳米管层120进行电子掺杂，并起到隔绝空气中的氧气和水分子的作用。进而，符合上述条件的材料均适用于功能介质层140，如氧化铝、氧化铪、氧化钇等。具体地，由于所述功能介质层140的结构致密，该功能介质层140可使得所述半导体碳纳米管层120与空气中的氧气与水分子隔绝；所述功能介质层140的结构中存在正电荷缺陷，可对所述半导体碳纳米管层120进行电子掺杂，从而使得半导体碳纳米管层120被功能介质层140覆盖的区域具有N型特性。所述功能介质层140的厚度为20-40纳米。优选地，该功能介质层140的厚度为25-30纳米。本实施例中，所述功能介质层140的材料为氧化铝，所述功能介质层140的厚度为30纳米。
所述第一电极121、第二电极122均由导电材料组成，其材料为铝、铜、钨、钼、金、钛、钯或其任意组合。所述第一电极121为N型电极，并与所述氧化镁层130接触设置；所述第二电极122为P型电极，并与所述氧化镁层130间隔设置。本实施例中，所述第一电极121为双层结构，具体地，所述双层结构是由金在钛的表面复合而成，所述金属Ti的厚度为2纳米，金属Au的厚度为50纳米。
可以理解，由氧化镁层130与功能介质层140覆盖的半导体碳纳米管层120的区域表现为N型半导体特征，即为N型区域；而未被氧化镁层130与功能介质层140覆盖的半导体碳纳米管层120的区域则表现为P型特征，即为P型区域。使用时，所述半导体碳纳米管层120的N型区域和P型区域的交界形成一PN结。当在所述发光二极管10的PN结上施加一正电压时，所述半导体碳纳米管层120的N型区域中的电子注入到P型区域，P型区域中的空穴注入到N型区域，相互注入的电子和空穴相遇时产生复合，复合时产生的能量以光的形式释放。
本发明第一实施例提供的发光二极管10，由于采用碳纳米管材料作为半导体层，所述发光二极管可在普通基底上制备得到；通过在碳纳米管材料的表面选择性沉积由氧化镁层130、功能介质层140组成的双介质层即可得到发光二极管，制备工艺简单。
请参阅图3，本发明第二实施例提供一种发光二极管20，其包括：一绝缘基底110，一第二氧化镁层150，一半导体碳纳米管层120，一氧化镁层130，一功能介质层140，一第一电极121以及一第二电极122。所述第二氧化镁层150设置于所述半导体碳纳米管层120与绝缘基底110之间，与所述半导体碳纳米管层120接触设置，并连续且直接附着于所述半导体碳纳米管层120的表面。
本发明第二实施例提供的发光二极管20与第一实施例提供的发光二极管10基本相同，其区别在于：第二实施例中，在半导体碳纳米管层120与绝缘基底110之间进一步包括一第二氧化镁层150。所述第二氧化镁层150与所述半导体碳纳米管层120靠近所述绝缘基底110的整个表面接触，或者，所述第二氧化镁层150可与所述氧化镁层130对应设置，仅设置于所述半导体碳纳米管层120靠近所述绝缘基底110的部分表面，与所述第二电极122间隔设置。所述第二氧化镁层150与所述氧化镁层130的结构相同。可以理解，这时所述半导体碳纳米管层120的部分区域中的碳纳米管层相对的两表面均覆盖氧化镁，从而确保该半导体碳纳米管层120区域中的碳纳米管与空气完全隔离。
请参阅图4，本发明第三实施例提供一种发光二极管30，其包括：一绝缘基底110，一氧化镁层130，一半导体碳纳米管层120，一功能介质层140，一第一电极121以及一第二电极122。所述氧化镁层130设置于绝缘基底110的一侧。所述半导体碳纳米管层120设置于该氧化镁层130远离绝缘基底的表面。所述功能介质层140设置于所述半导体碳纳米管层120远离绝缘基底110的部分表面。
具体地，所述氧化镁层130设置于所述半导体碳纳米管层120与绝缘基底110之间，并与该半导体碳纳米管层120接触设置，所述氧化镁层130连续且直接附着于所述半导体碳纳米管层120的表面。在位于所述第一电极121和第二电极122之间的所述半导体碳纳米管层120远离绝缘基底110的表面定义相邻的一第一区域和一第二区域，该第一区域靠近所述第一电极121设置，该第二区域靠近所述第二电极122设置，所述第一区域和第二区域沿从第一电极121到第二电极122的方向并排且相邻设置。所述功能介质层140设置于位于所述第一区域的所述半导体碳纳米管层120的表面，位于第二区域的所述半导体碳纳米管层120的表面暴露。进一步，所述氧化镁层130至少设置于位于所述第一区域的所述半导体碳纳米管层120的表面且所述半导体碳纳米管层130接触。
本发明第三实施例提供的发光二极管30与第一实施例提供的发光二极管10基本相同，其区别在于：第三实施例中，所述氧化镁层130设置于半导体碳纳米管层120与绝缘基底110之间，并与半导体碳纳米管层120接触设置。所述功能介质层140设置于半导体碳纳米管层120远离氧化镁层的部分表面。本实施例中，所述氧化镁层130的厚度为10纳米。
另外，本领域技术人员还可在本发明精神内作其它变化，当然这些依据本发明精神所作的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。

Claims (10)

1.一种发光二极管，其包括：
一绝缘基底；
一半导体碳纳米管层，所述半导体碳纳米管层设置于所述绝缘基底的表面；
一第一电极，所述第一电极与该半导体碳纳米管层电连接；
一第二电极，所述第二电极与第一电极间隔设置，并与所述半导体碳纳米管层电连接；
其特征在于，进一步包括一氧化镁层，所述氧化镁层设置于该半导体碳纳米管层与绝缘基底之间，并与该半导体碳纳米管层接触设置；
在位于所述第一电极和第二电极之间的所述半导体碳纳米管层远离绝缘基底的表面定义相邻的一第一区域和一第二区域，该第一区域靠近所述第一电极设置，该第二区域靠近所述第二电极设置；
一功能介质层，所述功能介质层设置于位于所述第一区域的所述半导体碳纳米管层的表面，位于第二区域的所述半导体碳纳米管层的表面暴露。
2.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述第一区域和第二区域沿从第一电极到第二电极的方向并排且相邻设置。
3.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述第一区域的半导体碳纳米管层表现为N型特征，所述第二区域的半导体碳纳米管层表现为P型特征。
4.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述半导体碳纳米管层是由多个单壁碳纳米管组成的导电网络结构。
5.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述半导体碳纳米管层的厚度为0.5纳米-2纳米。
6.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述氧化镁层连续且直接附着于所述半导体碳纳米管层的表面。
7.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述氧化镁层的厚度为1-15纳米。
8.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述功能介质层的厚度为20-40纳米。
9.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述功能介质层的材料为氧化铝、氧化铪、氧化钇中的一种或几种。
10.一种发光二极管，其包括：
一绝缘基底；
一P型半导体碳纳米管层，所述P型半导体碳纳米管层设置于所述绝缘基底的表面；
一第一电极与第二电极，所述第一电极与所述第二电极间隔设置，并分别与所述P型半导体碳纳米管层电连接；
其特征在于，所述发光二极管进一步包括一氧化镁层和一功能介质层，在位于所述第一电极和第二电极之间的所述P型半导体碳纳米管层远离绝缘基底的表面定义相邻的一第一区域和一第二区域，该第一区域靠近所述第一电极设置，该第二区域靠近所述第二电极设置，所述功能介质层设置于所述第一区域，位于第二区域的所述P型半导体碳纳米管层的表面暴露，所述氧化镁层至少设置于位于所述第一区域的所述P型半导体碳纳米管层的表面且所述P型半导体碳纳米管层接触。
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