JP2012235116A - 発光ダイオード - Google Patents
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Abstract
【解決手段】発光ダイオード10は、基板100と、第一半導体層120と、第二半導体層140と、活性層130と、第一電極150と、第二電極160と、を含む。第一半導体層、活性層、及び第二半導体層は、基板から離れる方向に沿って、基板に順次的に積層され、第一電極は、第一半導体層に電気的に接続され、第二電極は、第二半導体層に電気的に接続され、第一半導体層の基板と隣接する表面は、複数の空隙を含むパターン化されたカーボンナノチューブ層102である。第一半導体層のパターン化された表面が基板に接続することによって複数のキャビティが形成される。
【選択図】図14
Description
図1を参照すると、実施例1に係る発光ダイオード10の製造方法は、結晶を成長させるための成長表面101を有する基板100を提供するステップ(S10)と、前記基板100の前記成長表面101に、カーボンナノチューブ層102を設置するステップ(S20)と、前記基板100の前記成長表面101に、第一半導体層120と、活性層130と、第二半導体層140と、を順に成長させるステップ(S30)と、前記第二半導体層140及び前記活性層130の一部をエッチングして、前記第一半導体層120の表面の一部を露出させるステップ(S40)と、前記第一半導体層120の表面に第一電極150を設置し、前記第二半導体層140の表面に第二電極160を設置するステップ(S50)と、を含む。
前記カーボンナノチューブ層102は、超配列カーボンナノチューブアレイ(非特許文献1を参照)から引き出して得られたドローン構造カーボンナノチューブフィルム(drawn carbon nanotube film)である。単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおいて、複数のカーボンナノチューブが同じ方向に沿って、端と端が接続されている。即ち、単一の前記カーボンナノチューブフィルムは、長さ方向に沿って分子間力で端部同士が接続された複数のカーボンナノチューブを含む。また、前記複数のカーボンナノチューブは、前記カーボンナノチューブフィルムの表面に平行して配列されている。図4及び図5を参照すると、単一の前記カーボンナノチューブフィルムは、複数のカーボンナノチューブセグメント143を含む。前記複数のカーボンナノチューブセグメント143は、長さ方向に沿って分子間力で端と端が接続されている。各々のカーボンナノチューブセグメント143は、相互に平行に、分子間力で結合された複数のカーボンナノチューブ145を含む。単一の前記カーボンナノチューブセグメント143において、前記複数のカーボンナノチューブ145の各々の長さは同じである。
図9を参照すると、前記カーボンナノチューブワイヤは、分子間力で接続された複数のカーボンナノチューブからなる。この場合、一本のカーボンナノチューブワイヤ(非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ)は、端と端とが接続された複数のカーボンナノチューブセグメント(図示せず)を含む。前記カーボンナノチューブセグメントは、同じ長さ及び幅を有する。さらに、各々の前記カーボンナノチューブセグメントに、同じ長さの複数のカーボンナノチューブが平行に配列されている。前記複数のカーボンナノチューブはカーボンナノチューブワイヤの中心軸に平行に配列されている。この場合、一本の前記カーボンナノチューブワイヤの直径は1μm〜1cmである。また、図10を参照すると、前記カーボンナノチューブワイヤは、ねじることで、ねじれ状カーボンナノチューブワイヤを形成することができる。ここで、前記複数のカーボンナノチューブは、前記カーボンナノチューブワイヤの中心軸を軸に、螺旋状に配列されている。この場合、一本の前記カーボンナノチューブワイヤの直径は1μm〜1cmである。前記カーボンナノチューブ構造体は、前記非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ、ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ、又はこれらの組み合わせのいずれか一種からなる。
前記カーボンナノチューブ層102は、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを含む。このカーボンナノチューブフィルムは、プレシッド構造カーボンナノチューブフィルム(pressed carbon nanotube film)である。単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおける複数のカーボンナノチューブが、等方的に配列されているか又は所定の方向に沿って配列されている。或いは異なる複数の方向に沿って配列されている。前記カーボンナノチューブフィルムは、押し器具を利用することにより、所定の圧力をかけて前記カーボンナノチューブアレイを押し、該カーボンナノチューブアレイを圧力で倒すことにより形成された、シート状の自立構造を有するものである。前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブの配列方向は、前記押し器具の形状及び前記カーボンナノチューブアレイを押す方向により決められている。
前記カーボンナノチューブ構造体は、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを含む。このカーボンナノチューブフィルムは綿毛構造カーボンナノチューブフィルム(flocculated carbon nanotube film)である。図8を参照すると、単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおいて、複数のカーボンナノチューブが絡み合い且つ等方的に配列されている。前記カーボンナノチューブ構造体において、前記複数のカーボンナノチューブは均一に分布され、配向せずに設置されている。単一の前記カーボンナノチューブの長さは100nm以上であるが、100nm〜10cmであることが好ましい。前記カーボンナノチューブ構造体は、自立構造の薄膜の形状に形成されている。ここで、自立構造とは、支持体を利用せず、前記カーボンナノチューブ構造体を独立して利用することができる形態のことである。前記複数のカーボンナノチューブは、分子間力で接近して、相互に絡み合い、カーボンナノチューブネット状に形成される。前記複数のカーボンナノチューブは配向せずに設置されて、多くの微小な穴が形成される。ここで、単一の前記微小な穴の直径は10μm以下である。前記カーボンナノチューブ構造体におけるカーボンナノチューブは、相互に絡み合って設置されるので、該カーボンナノチューブ構造体は柔軟性に優れ、任意の形状に湾曲して形成させることができるため、用途に応じて、前記カーボンナノチューブ構造体の長さ及び幅を調整することができる。前記カーボンナノチューブ構造体の厚さは0.5nm〜1mmである。
図15を参照すると、本発明の実施例2に係る第二の発光ダイオード20の製造方法は、結晶成長のための前記成長表面101を有する前記基板100を提供するステップ(S10)と、前記基板100の前記成長表面101の上に前記カーボンナノチューブ層102を懸架するように設置するステップ(S20a)と、前記基板100の前記成長表面101に前記第一半導体層120、前記活性層130及び前記第二半導体層140を順に成長させるステップ(S30)と、前記第二半導体層140及び前記活性層130の一部をエッチングして、前記第一半導体層120の表面の一部を露出させるステップ(S40)と、前記第一半導体層120の表面に前記第一電極150を設置し、前記第二半導体層140の表面に前記第二電極160を設置するステップ(S50)と、を含む。
図17を参照すると、実施例3の第三の発光ダイオード20aは、前記基板100と、前記カーボンナノチューブ層102と、前記第一半導体層120と、前記活性層130と、前記第二半導体層140と、前記第一電極150と、前記第二電極160と、を含む。前記第一半導体層120と、前記活性層130と、前記第二半導体層140と、前記第二電極160と、を前記基板100に順に設置され、前記第一半導体層120は、前記基板100に接触する。前記第一電極150は、前記第一半導体層120に電気的に接続され、前記第二電極160は前記第二半導体層140に電気的に接続される。前記第二半導体層140の前記活性層130の反対側の表面は、前記発光ダイオード30の光出射面である。前記カーボンナノチューブ層102は、前記第一半導体層120の内部に、前記第一半導体層120によって囲まれるように設置され、且つカーボンナノチューブ層102の一部が第一半導体層120の外部に露出されている。前記第一電極150は、前記カーボンナノチューブ層102の露出された部分に接触し、電気的に接続される。前記第三の発光ダイオード20aに、前記第二の発光ダイオード20と比べて、次の点が異なる。前記第二電極160は透明電極であり、且つ前記第二半導体層140の全体表面を覆うように設置され、前記カーボンナノチューブ層102の一部は第一半導体層120の外部に露出される。前記第一電極150は、前記カーボンナノチューブ層102の露出された部分に接触し、電気的に接続される。ここで、前記第二電極160は、透明度が高い材料からなる。
図18を参照すると、実施例4の第四の発光ダイオード30の製造方法は、結晶成長のための前記成長表面101を有する前記基板100を提供するステップ(S10)と、前記基板100の前記成長表面101に前記カーボンナノチューブ層102を設置するステップ(S20)と、前記基板100の前記成長表面101に前記第一半導体層120と、前記活性層130と、前記第二半導体層140と、を順に成長させるステップ(S30)と、前記第二半導体層140及び前記活性層130の一部をエッチングして、前記第一半導体層120の一部の表面を露出させるステップ(S40)と、前記第一半導体層120の表面に、前記第一電極150を設置し、前記第二半導体層140の表面に前記第二電極160を設置するステップ(S50)と、前記カーボンナノチューブ層102を除去するステップ(S60)と、を含む。
図20を参照すると、実施例5の第五の発光ダイオード40の製造方法は、結晶成長のための前記成長表面101を有する前記基板100を提供するステップ(S10)と、前記基板100の前記成長表面101に前記カーボンナノチューブ層102を設置するステップ(S20)と、前記基板100の前記成長表面101に前記第一半導体層120と、前記活性層130と、前期第二半導体層140と、を順に成長させるステップ(S30)と、前記第二半導体層140と、前記活性層130と、前記第一半導体層120と、の一部をエッチングして、前記カーボンナノチューブ層102の一部を露出させるステップ(S40a)と、前記カーボンナノチューブ層102の露出された部分に前記第一電極150を設置し、前記第二半導体層140の表面に前記第二電極160を設置するステップ(S50)と、を含む。
図23を参照すると、実施例6の第六の発光ダイオード40aは、前記基板100と、前記カーボンナノチューブ層102と、前記第一半導体層120と、前記活性層130と、前期第二半導体層140と、前記第一電極150と、前記第二電極160と、を含む。前記第一半導体層120と、前記活性層130と、前記第二半導体層140と、前記第二電極160と、を前記基板100に順に積層して設置されている。前記第一半導体層120は、前記基板100に接触する。前記カーボンナノチューブ層102は、前記基板100と前記第一半導体層120の間に設置される。前記第二電極160は、前記第二半導体層140の表面全体を覆うように設置される。また、前記カーボンナノチューブ層102の一部は、前記第一半導体層120の外部に露出される。前記第一電極150は、前記カーボンナノチューブ層102の露出された部分に接触し、電気的に接続される。前記基板100の前記第一半導体層120の反対側の表面は、前記発光ダイオード40aの光出射面である。
図24及び図25を参照すると、実施例7の第七の発光ダイオード40b及び第八の発光ダイオード40cは、それぞれ前記基板100と、前記カーボンナノチューブ層102と、前記第一半導体層120と、前記活性層130と、前記第二半導体層140と、前記第一電極150と、前記第二電極160と、を含む。前記第七の発光ダイオード40bは、前記第五の発光ダイオード40と比べて、次の点が異なる。前記カーボンナノチューブ層102は、間隔を開けて平行した複数のカーボンナノチューブワイヤからなる。この場合、前記第一半導体層120の前記基板100の前記成長表面101に対向する表面には、平行且つ間隔を有する複数の溝が形成される。前記第八の発光ダイオード40cは、前記第五の発光ダイオード40と比べて、次の点が異なる。前記カーボンナノチューブ層102は、互いに交叉し、又は互いに編んで網状構造体を形成した複数のカーボンナノチューブワイヤからなる。この場合、前記第一半導体層120の前記基板100の前記成長表面101に対向する表面に、交叉した複数の溝が形成される。
図26を参照すると、実施例8の第九の発光ダイオード50の製造方法は、結晶成長のための前記成長表面101を有する前記基板100を提供するステップ(S10)と、前記基板100の前記成長表面101に前記第一カーボンナノチューブ層102を設置するステップ(S20)と、前記基板100の前記成長表面101に前記第一半導体層120と、前記活性層130と、前記第二半導体層140と、を順に成長させるステップ(S30)と、前記第二半導体層140の表面に前記第二カーボンナノチューブ層102を設置するステップ(S70)と、前記第二半導体層140の表面に複数の溝172によって、互いに間隔を開けて成長した結晶粒を含む第三半導体層170を成長させるステップ(S80)と、前記第一カーボンナノチューブ層102及び前記第二カーボンナノチューブ層102を除去するステップ(S60a)と、前記第三半導体層170、前記第二半導体層140及び前記活性層130の一部をエッチングして、前記第一半導体層120の一部の表面を露出させるステップ(S40b)と、前記第一半導体層120の表面に前記第一電極150を設置し、前記第二半導体層140の表面に前記第二電極160を設置するステップ(S50)と、を含む。
図28を参照すると、実施例9の第十の発光ダイオード60の製造方法は、結晶成長のための前記成長表面101を有する前記基板100を提供するステップ(S10)と、前記基板100の前記成長表面101上に、前記第一カーボンナノチューブ層102を懸架するように設置するステップ(S20a)と、前記基板100の前記成長表面101に前記第一半導体層120、前記活性層130及び前記第二半導体層140を順に成長させるステップ(S30)と、前記第二半導体層140の表面に前記第二カーボンナノチューブ層102を設置するステップ(S70)と、前記第二半導体層140の表面に、前記複数の溝172によって互いに間隔を開けて成長した結晶粒を含む前記第三半導体層170を成長させるステップ(S80)と、前記第三半導体層170、前記第二半導体層140及び前記活性層130の一部をエッチングして、前記第一半導体層120の表面の一部を露出させるステップ(S40b)と、前記第一半導体層120の表面に前記第一電極150を設置し、前記第二半導体層140の表面に前記第二電極160を設置するステップ(S50)と、を含む。
図30を参照すると、実施例10の製造方法によって得られた前記第十一の発光ダイオード70は、前記基板100と、前記第一半導体層120と、前記活性層130と、前記第二半導体層140と、前記第一電極150と前記、前記第二電極160と、前記第三半導体層170と、前記第一カーボンナノチューブ層102及び前記第二カーボンナノチューブ層102を含む。前記第十一の発光ダイオード70は、前記第十の発光ダイオード60と比べて、次の点が異なる。前記カーボンナノチューブ層102は、前記第一半導体層120の内部に、前記第一半導体層120によって囲まれた前記第一カーボンナノチューブ層102の一部が、前記第一半導体層120の外部に露出されている。前記第一電極150は、前記カーボンナノチューブ層102の露出した部分に接触し、電気的に接続される。また、前記第二カーボンナノチューブ層102は、前記第三半導体層170の前記複数の溝172にも設置される。前記第二電極160を、前記第二半導体層140の表面全体を覆うように設置する。前記第三半導体層170及び前記第二カーボンナノチューブ層102は前記第二電極160と前記第二半導体層140の間に設置される。
図31を参照すると、実施例11の第十二の発光ダイオード80の製造方法は、結晶成長のための前記成長表面101を有する前記基板100を提供するステップ(S10)と、前記基板100の前記成長表面101に前記カーボンナノチューブ層102を設置するステップ(S20)と、前記基板100の前記成長表面101に前記第一半導体層120、前記活性層130及び前記第二半導体層140を順に成長させるステップ(S30)と、前記第二半導体層140の表面に前記第二電極160を設置するステップ(S51)と、前記基板100を除去するステップ(S90)と、前記第一半導体層120の表面に前記第一電極150を設置するステップ(S52)と、を含む。
図33を参照すると、実施例12の第十三の発光ダイオード90の製造方法は、結晶成長のための前記成長表面101を有する前記基板100を提供するステップ(S10)と、前記基板100の前記成長表面101に前記カーボンナノチューブ層102を設置するステップ(S20)と、前記基板100の前記成長表面101に前記第一半導体層120と、前記活性層130と、前記第二半導体層140と、を順に成長させるステップ(S30)と、前記第二半導体層140の表面に反射層180と、前記第二電極160と、を順に形成するステップ(S51a)と、前記基板100を除去するステップ(S90)と、前記第一半導体層120の表面に前記第一電極150を設置するステップ(S52)と、を含む。
図35を参照すると、実施例13の第十四の発光ダイオード110の製造方法は、結晶成長のための前記成長表面101を有する前記基板100を提供するステップ(S10)と、前記基板100の前記成長表面101に前記バッファ層1202を成長させるステップ(S100)と、前記バッファ層1202の表面に前記カーボンナノチューブ層102を設置するステップ(S20)と、前記バッファ層1202の表面に前記第一半導体層120と、前記活性層130と、前記第二半導体層140と、を順に成長させるステップ(S30)と、前記第二半導体層140の表面に前記第二電極160を形成するステップ(S51)と、前記基板100を除去するステップ(S90)と、前記第一半導体層120の表面に前記第一電極150を設置するステップ(S52)と、を含む。
図37を参照すると、実施例14は、前記第十四の発光ダイオード110の他の製造方法を提供する。前記第十四の発光ダイオード110の他の製造方法は、結晶成長のための前記成長表面101を有す前記基板100を提供するステップ(S10)と、前記基板100の前記成長表面101に、前記バッファ層1202及び前記真性半導体層1204を順に成長させるステップ(S100a)と、前記真性半導体層1204の表面に前記カーボンナノチューブ層102を設置するステップ(S20)と、前記真性半導体層1204の表面に、前記第一半導体層120、前記活性層130及び前記第二半導体層140を順に成長させるステップ(S30)と、前記第二半導体層140の表面に、第二電極160を形成するステップ(S51)と、前記基板100を除去するステップ(S90)と、前記第一半導体層120の表面に、前記第一電極150を設置するステップ(S52)と、を含む。
図38を参照すると、実施例15の第十五の発光ダイオード111の製造方法は、結晶成長のための前記成長表面101を有する前記基板100を提供するステップ(S10)と、前記基板100の前記成長表面101に、前記バッファ層1202を成長させるステップ(S100)と、前記バッファ層1202の表面に、前記カーボンナノチューブ層102を設置するステップ(S20)と、前記バッファ層1202の表面に前記第一半導体層120、前記活性層130及び前記第二半導体層140を順に成長させるステップ(S30)と、前記第二半導体層140の表面に前記反射層180及び前記第二電極160を順に形成するステップ(S51a)と、前記基板100を除去するステップ(S90)と、前記第一半導体層120の表面に、前記第一電極150を設置するステップ(S52)と、を含む。
図40を参照すると、実施例16は、前記第十五の発光ダイオード111の他の製造方法を提供する。前記第十五の発光ダイオード111の他の製造方法は、結晶成長のための前記成長表面101を有する前記基板100を提供するステップ(S10)と、前記基板100の前記成長表面101に、前記バッファ層1202及び前記真性半導体層1204を順に成長させるステップ(S100a)と、前記真性半導体層1204の表面に前記カーボンナノチューブ層102を設置するステップ(S20)と、前記真性半導体層1204の表面に、前記第一半導体層120、前記活性層130及び前記第二半導体層140を順に成長させるステップ(S30)と、前記第二半導体層140の表面に前記第二電極160を形成するステップ(S51)と、前記基板100を除去するステップ(S90)と、前記第一半導体層120の表面に、前記第一電極150を設置するステップ(S52)と、を含む。
図41を参照すると、実施例17の前記第十六の発光ダイオード115の製造方法は、結晶成長のための前記成長表面101を有する前記基板100を提供するステップ(S10)と、前記基板100の前記成長表面101に、前記バッファ層1202を成長させるステップ(S100)と、前記バッファ層1202の表面に、前記第一カーボンナノチューブ層102を設置するステップ(S20)と、前記バッファ層1202の表面に前記第一半導体層120、前記活性層130及び前記第二半導体層140を順に成長させるステップ(S30)と、前記第二半導体層140の表面に、前記第二カーボンナノチューブ層102を設置するステップ(S70)と、前記第二半導体層140の表面に、前記複数の溝172によって、互いに間隔を開けて成長された結晶粒を含む前記第三半導体層170を成長させるステップ(S80)と、前記第二カーボンナノチューブ層102を除去するステップ(S60b)と、前記第二半導体層140の表面に、前記第二電極160を設置するステップ(S51)と、前記基板100を除去するステップ(S90)と、前記第一半導体層120の表面に、前記第一電極150を設置するステップ(S52)と、を含む。
図43を参照すると、実施例18の前記第十七の発光ダイオード113の製造方法は、結晶成長のための前記成長表面101を有する前記基板100を提供するステップ(S10)と、前記基板100の前記成長表面101上に、前記カーボンナノチューブ層102を懸架するように設置するステップ(S20a)と、前記基板100の前記成長表面101に前記バッファ層1202を成長させるステップ(S100)と、前記バッファ層1202の表面に、前記第一半導体層120、前記活性層130及び前記第二半導体層140を順に成長させるステップ(S30)と、前記基板100を除去するステップ(S90)と、前記第一半導体層120の表面に、前記第一電極150を設置し、前記第二半導体層140の表面に、前記第二電極160を設置するステップ(S50)と、を含む。
100 基板
100a ベース
101 成長表面
102 カーボンナノチューブ層
103 キャビティ
112 第一支持体
114 第二支持体
120 第一半導体層
121、1204 真性半導体層
122、172 溝
123 N型のGaNエピタキシャル層
130 活性層
140 第二半導体層
143 カーボンナノチューブセグメント
145 カーボンナノチューブ
150 第一電極
160 第二電極
170 第三半導体層
180 反射層
1021 空隙
1202 バッファ層
1242 エピタキシャル結晶粒
1244 エピタキシャル膜
Claims (4)
- 基板と、第一半導体層と、第二半導体層と、活性層と、第一電極と、第二電極と、を含む発光ダイオードであって、
前記第一半導体層、前記活性層、及び前記第二半導体層が、前記基板から離れる方向に沿って、前記基板に順次的に積層され、
前記第一電極が、前記第一半導体層に電気的に接続され、
前記第二電極が、前記第二半導体層に電気的に接続され、
前記第一半導体層の前記基板と隣接する表面が、複数の空隙を含むパターン化された表面であり、
前記第一半導体層のパターン化された表面が前記基板に接続することによって複数のキャビティが形成されていることを特徴とする発光ダイオード。 - 基板と、第一半導体層と、第二半導体層と、活性層と、第一電極と、第二電極と、を含む発光ダイオードであって、
前記第一半導体層、前記活性層、及び前記第二半導体層が、前記基板から離れる方向に沿って、前記基板に順次的に積層され、
前記第一電極が、前記第一半導体層に電気的に接続され、
前記第二電極が、前記第二半導体層に電気的に接続され、
前記第一半導体層の内部に複数のキャビティが形成されていることを特徴とする発光ダイオード。 - カーボンナノチューブ層を更に含み、
前記カーボンナノチューブ層が、複数のカーボンナノチューブを含み、
前記カーボンナノチューブ層のカーボンナノチューブが複数のキャビティ内に配置されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の発光ダイオード。 - 前記第二半導体層の前記活性層の反対側の表面に、複数の溝が形成された第三半導体層が配置されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の発光ダイオード。
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