TWI445206B - 發光二極體之製備方法 - Google Patents

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Description

發光二極體之製備方法
本發明涉及一種發光二極體。
由氮化鎵半導體材料製成的高效藍光、綠光及白光發光二極體具有壽命長、節能、綠色環保等顯著特點，已被廣泛應用於大螢幕彩色顯示、汽車照明、交通訊號、多媒體顯示及光通訊等領域，特別是在照明領域具有廣闊的發展潛力。
傳統的發光二極體通常包括N型半導體層、P型半導體層、設置在N型半導體層與P型半導體層之間的活性層、設置在P型半導體層上的P型電極(通常為透明電極)及設置在N型半導體層上的N型電極。發光二極體處於工作狀態時，在P型半導體層與N型半導體層上分別施加正、負電壓，這樣，存在於P型半導體層中的電洞與存在於N型半導體層中的電子在活性層中發生複合而產生光，光從發光二極體中射出。
然而，先前的發光二極體的光取出效率(光取出效率通常指活性層中所產生的光從發光二極體內部釋放出的效率)較低，其主要原因係由於半導體的折射率大於空氣的折射率，來自活性層的大角度光在半導體與空氣的介面處發生全反射，從而大部份大角度光被限制在發光二極體的內部，直至被發光二極體內的材料完全吸收，影響了發光二極體的出光率。
有鑑於此，提供一種光取出效率較高的發光二極體實為必要。
一種發光二極體，其包括：一基底；一第一半導體層、一活性層及一第二半導體層依次層疊設置於所述基底的一表面, 且所述第一半導體層靠近基底設置；一第一電極與所述第一半導體層電連接設置；一第二電極與所述第二半導體層電連接設置；其中所述第一半導體層與基底接觸的表面面具有複數奈米級的凹槽，所述第一半導體層與基底之間構成複數奈米級的孔洞。
與先前技術相比，本發明提供的發光二極體具有以下有益效果：所述第一半導體層與基底接觸的表面具有複數奈米級的凹槽，該複數奈米級的凹槽可起到散射的作用，當活性層中產生的部份光子以大角度入射到該第一半導體層與基底的介面時，該複數奈米級的凹槽會改變光子的運動方向，從而可提高所述發光二極體的光取出率。
以下將結合附圖詳細說明本發明提供的發光二極體及其製備方法的實施方式及具體實施例。為了利於理解本發明的技術方案，首先介紹本發明實施方式提供的一種發光二極體之製備方法。
請參閱圖1，本發明第一實施方式提供一種發光二極體10的製備方法，其包括以下步驟：
S10：提供一基底102，該基底102具有一外延生長面122；
S20：在所述基底102的外延生長面122設置一奈米碳管層104；
S30：在基底102的外延生長面122依次外延生長一第一半導體層106、一活性層108以及一第二半導體層110；
S40：蝕刻第二半導體層110及活性層108的部份區域以暴露部份第一半導體層106；
S50：在第一半導體層106的表面製備一第一電極112，在第二半導體層110的表面製備一第二電極114。
S60：去除奈米碳管層104。
在步驟S10中，所述基底102為一透明材料，其提供了第一半導體層106的外延生長面122。所述基底102的外延生長面122係平滑潔淨的表面，且去除了氧或碳等雜質。所述基底102可為單層或複數層結構。當所述基底102為單層結構時，該基底102可為一單晶結構體，且具有一晶面作為第一半導體層106的外延生長面122。所述單層結構的基底102的材料可為SOI(silicon on insulator，絕緣基底102上的矽)、LiGaO2 、LiAlO2 、Al2 O3 、Si、GaAs、GaN、GaSb、InN、InP、InAs、InSb、AlP、AlAs、AlSb、AlN、GaP、SiC、SiGe、GaMnAs、GaAlAs、GaInAs、GaAlN、GaInN、AlInN、GaAsP、InGaN、AlGaInN、AlGaInP、GaP:Zn 或GaP:N等。當所述基底102為複數層結構時，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第一半導體層106的外延生長面122。所述基底102的材料可根據所要生長的第一半導體層106來選擇，優選地，使所述基底102與第一半導體層106具有相近的晶格常數以及熱膨脹係數。所述基底102的厚度、大小及形狀不限，可根據實際需要選擇。所述基底102不限於上述列舉的材料，只要具有支持第一半導體層106生長的外延生長面122的透明基底102均屬於本發明的保護範圍。本發明第一實施例中，基底102的材料為藍寶石。
在步驟S20中，所述奈米碳管層104包括複數奈米碳管。所述奈米碳管層104的厚度為1奈米至100微米，比如1奈米、10奈米、200奈米，1微米或10微米。本實施例中，所述奈米碳管層104的厚度為100奈米。所述奈米碳管層104中的奈米碳管可為單壁奈米碳管、雙壁奈米碳管或多壁奈米碳管中的一種或複數種，其長度及直徑可根據需要選擇。所述奈米碳管層104為一圖形化結構，當所述奈米碳管層104設置在所述基底102的外延生長面122時，使所述基底102的外延生長面122對應該圖形暴露出來，以便於在該暴露出來的部份基底102的外延生長面122上生長第一半導體層106，即所述奈米碳管層104起掩模作用。
所述“圖形化結構”係指所述奈米碳管層104具有複數空隙105，該複數空隙105從所述奈米碳管層104的厚度方向貫穿所述奈米碳管層104。所述空隙105可為複數相鄰的奈米碳管圍成的微孔或者沿奈米碳管軸向延伸方向延伸呈條形的相鄰奈米碳管之間的間隙。所述空隙105為微孔時其孔徑（平均孔徑）範圍為10奈米至500微米，所述空隙105為間隙時其寬度（平均寬度）範圍為10奈米至500微米。以下稱為“所述空隙105的尺寸”係指孔徑或間隙寬度的尺寸範圍。所述奈米碳管層104中所述微孔及間隙可同時存在並且二者尺寸可在上述尺寸範圍內不同。所述間隙105的尺寸為10奈米至300微米，比如10奈米、1微米、10微米、80微米或120微米等。所述間隙105的尺寸越小，有利於在生長外延層的過程中減少錯位等缺陷的產生，以獲得高質量的第一半導體層106。優選地，所述間隙105的尺寸為10奈米至10微米。空隙105的尺寸為10奈米至10微米。進一步地，所述奈米碳管層104的佔空比為1:100至100:1，如1:10、1:2、1:4、4:1、2:1或10:1。優選地，所述佔空比為1:4至4:1。所謂“佔空比”指該奈米碳管層104設置於基底102的外延生長面122後，該外延生長面122被奈米碳管層104佔據的部份與通過空隙105暴露的部份的面積比。本實施例中，所述空隙105在所述奈米碳管層104中均勻分佈。
所述奈米碳管層104具有如前所述之圖形效果的前提下，所述奈米碳管層104中的複數奈米碳管的排列方向（軸向延伸方向）可係無序、無規則，比如過濾形成的奈米碳管過濾膜，或者奈米碳管之間相互纏繞形成的奈米碳管絮狀膜等。所述奈米碳管層104中複數奈米碳管的排列方式也可係有序的、有規則的。例如，所述奈米碳管層104中複數奈米碳管的軸向均基本平行於所述基底102的外延生長面122且基本沿同一方向延伸；或者，所述奈米碳管層104中複數奈米碳管的軸向可有規律性地基本沿二以上方向延伸；或者，所述奈米碳管層104中複數奈米碳管的軸向沿著基底102的一晶向延伸或與基底102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，本實施例中優選的，所述奈米碳管層104中複數奈米碳管沿著基本平行於奈米碳管層104表面的方向延伸。當所述奈米碳管層104設置於所述基底102的外延生長面122時，所述奈米碳管層104中複數奈米碳管的延伸方向基本平行於所述基底102的外延生長面122。
所述奈米碳管層104可通過化學氣相沈積（CVD）等方法直接生長在所述基底102的外延生長面122或先生長奈米碳管陣列後再轉印至所述基底102的外延生長面122或者如上所提到的過濾的方式形成於基底102的外延生長面122，這些方法一般需要有一支撐面來幫忙操作。為了獲得厚度較合適的奈米碳管層104或者將奈米碳管層104方便的設置於基底102上，本實施例中優選具有自支撐的奈米碳管層104，此時所述奈米碳管層104可直接鋪設在所述基底102的外延生長面122。其中，所述“自支撐”係指該奈米碳管層104不需要大面積的載體支撐，而只要相對二邊提供支撐力即能整體上懸空而保持自身狀態，即將該奈米碳管層104置於（或固定於）間隔特定距離設置的二支撐體上時，位於二支撐體之間的奈米碳管層104能夠懸空保持自身狀態。由於奈米碳管層104為自支撐結構，所述奈米碳管層104可直接鋪設在基底102上，而不必要通過複雜的化學方法形成在基底102的外延生長面122。所述奈米碳管層104可係一連續的整體結構，也可係複數奈米碳管線平行排列形成的單層結構。當所述奈米碳管層104為複數奈米碳管線平行排列形成的單層結構時，需要在垂直於平行排列方向上提供支撐才具有自支撐能力。進一步的，所述奈米碳管層104的複數奈米碳管中在延伸方向上相鄰的奈米碳管之間通過凡得瓦力(van der Waals force)首尾相連。當並列的相鄰奈米碳管之間也通過凡得瓦力相連時所述奈米碳管層104的自支撐性更好。
所述奈米碳管層104可係由複數奈米碳管組成的純奈米碳管結構。即，所述奈米碳管層104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。所述奈米碳管層104還可為一包括複數奈米碳管以及添加材料的複合結構。其中，所述複數奈米碳管在所述奈米碳管層104中佔主要成分，起著框架的作用。所述添加材料包括石墨、石墨烯、碳化矽、氮化硼、氮化矽、二氧化矽、無定形碳等中的一種或複數種。所述添加材料還可包括金屬碳化物、金屬氧化物及金屬氮化物等中的一種或複數種。所述添加材料包覆於奈米碳管層104中奈米碳管的至少部份表面或設置於奈米碳管層104的空隙105內。優選地，所述添加材料包覆於奈米碳管的表面。由於，所述添加材料包覆於奈米碳管的表面，使得奈米碳管的直徑變大，從而使奈米碳管之間的空隙105減小。所述添加材料可通過化學氣相沈積（CVD）、物理氣相沈積（PVD）或磁控濺射等方法形成於奈米碳管的表面。
所述奈米碳管層104可預先成型後再直接鋪設在所述基底102的外延生長面122。將所述奈米碳管層104鋪設在所述基底102的外延生長面122後還可包括一有機溶劑處理的步驟，以使奈米碳管層104與外延生長面122更加緊密結合。該有機溶劑可選用乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷及氯仿中一種或者複數種的混合。本實施例中的有機溶劑採用乙醇。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奈米碳管層104表面浸潤整個奈米碳管層104或將基底102及整個奈米碳管層104一起浸入盛有有機溶劑的容器中浸潤。
具體地，所述奈米碳管層104可包括奈米碳管膜或奈米碳管線。所述奈米碳管層104可為一單層奈米碳管膜或複數層疊設置的奈米碳管膜。所述奈米碳管層104可包括複數相互平行且間隔設置的奈米碳管線。所述奈米碳管層104還可包括複數交叉設置組成網狀結構的奈米碳管線。當所述奈米碳管層104為複數層疊設置的奈米碳管膜時，奈米碳管膜的層數不宜太多，優選地，為2層至100層。當所述奈米碳管層104為複數平行設置的奈米碳管線時，相鄰兩奈米碳管線之間的距離為0.1微米至200微米，優選地，為10微米至100微米。所述相鄰兩奈米碳管線之間的空間構成所述奈米碳管層104的空隙105。相鄰兩奈米碳管線之間的間隙長度可等於奈米碳管線的長度。所述奈米碳管膜或奈米碳管線可直接鋪設在基底102的外延生長面122構成所述奈米碳管層104。通過控制奈米碳管膜的層數或奈米碳管線之間的距離，可控制奈米碳管層104中空隙105的尺寸。
所述奈米碳管膜係由複數奈米碳管組成的自支撐結構。所述自支撐主要通過奈米碳管膜中多數奈米碳管之間通過凡得瓦力相連而實現。所述複數奈米碳管為沿同一方向擇優取向延伸。所述擇優取向係指在奈米碳管膜中大多數奈米碳管的整體延伸方向基本朝同一方向。而且，所述大多數奈米碳管的整體延伸方向基本平行於奈米碳管膜的表面。進一步地，所述奈米碳管膜中基本朝同一方向延伸的大多數奈米碳管中每一奈米碳管與在延伸方向上相鄰的奈米碳管通過凡得瓦力首尾相連。當然，所述奈米碳管膜中存在少數隨機排列的奈米碳管，這些奈米碳管不會對奈米碳管膜中大多數奈米碳管的整體取向排列構成明顯影響。具體地，所述奈米碳管膜中基本朝同一方向延伸的多數奈米碳管，並非絕對的直線狀，可適當的彎曲；或者並非完全按照延伸方向上排列，可適當的偏離延伸方向。因此，不能排除奈米碳管膜的基本朝同一方向延伸的多數奈米碳管中並列的奈米碳管之間可能存在部份接觸。
下面進一步說明所述奈米碳管膜或者奈米碳管線的具體結構、處理方法或製備方法。
請參閱圖2及圖3，具體地，所述奈米碳管膜包括複數連續且定向延伸的奈米碳管片段143。該複數奈米碳管片段143通過凡得瓦力首尾相連。每一奈米碳管片段143包括複數相互平行的奈米碳管145，該複數相互平行的奈米碳管145通過凡得瓦力緊密結合。該奈米碳管片段143具有任意的長度、厚度、均勻性及形狀。所述奈米碳管膜可通過從一奈米碳管陣列中選定部份奈米碳管後直接拉取獲得。所述奈米碳管膜的厚度為1奈米至100微米，寬度與拉取出該奈米碳管膜的奈米碳管陣列的尺寸有關，長度不限。所述奈米碳管膜中相鄰的奈米碳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於10微米。優選地，所述奈米碳管膜的厚度為100奈米至10微米。該奈米碳管膜中的奈米碳管145沿同一方向擇優取向延伸。所述奈米碳管膜的結構及其製備方法請參見范守善等人於2007年2月12日申請的，於2010年7月11公告的第I327177號台灣公告專利申請“奈米碳管薄膜結構及其製備方法”，申請人：鴻海精密工業股份有限公司。為節省篇幅，僅引用此，但上述申請所有技術揭露也應視為本發明申請技術揭露的一部份。
請參閱圖4，當所述奈米碳管層104包括層疊設置的複數層奈米碳管膜時，相鄰兩奈米碳管膜中的奈米碳管的延伸方向形成一交叉角度α，且α大於等於0度小於等於90度（0°≤α≤90°）。
為減小奈米碳管膜的厚度，還可進一步對該奈米碳管膜進行加熱處理。為避免奈米碳管膜加熱時被破壞，所述加熱奈米碳管膜的方法採用局部加熱法。其具體包括以下步驟：局部加熱奈米碳管膜，使奈米碳管膜在局部位置的部份奈米碳管被氧化；移動奈米碳管被局部加熱的位置，從局部到整體實現整個奈米碳管膜的加熱。具體地，可將該奈米碳管膜分成複數小的區域，採用由局部到整體的方式，逐區域地加熱該奈米碳管膜。所述局部加熱奈米碳管膜的方法可有複數種，如雷射加熱法、微波加熱法等等。本實施例中，通過功率密度大於0.1×104 瓦特/平方米的雷射掃描照射該奈米碳管膜，由局部到整體的加熱該奈米碳管膜。該奈米碳管膜通過雷射照射，在厚度方向上部份奈米碳管被氧化，同時，奈米碳管膜中直徑較大的奈米碳管束被去除，使得該奈米碳管膜變薄。
可以理解，上述雷射掃描奈米碳管膜的方法不限，只要能夠均勻照射該奈米碳管膜即可。雷射掃描可沿平行奈米碳管膜中奈米碳管的排列方向逐行進行，也可沿垂直於奈米碳管膜中奈米碳管的排列方向逐列進行。具有固定功率、固定波長的雷射掃描奈米碳管膜的速度越小，奈米碳管膜中的奈米碳管束吸收的熱量越多，對應被破壞的奈米碳管束越多，雷射處理後的奈米碳管膜的厚度變小。然，如果雷射掃描速度太小，奈米碳管膜將吸收過多熱量而被燒毀。本實施例中，雷射的功率密度為0.053×1012 瓦特/平方米，雷射光斑的直徑在1毫米至5毫米範圍內，雷射掃描照射時間小於1.8秒。優選地，雷射器為二氧化碳雷射器，該雷射器的功率為30瓦特，波長為10.6微米，光斑直徑為3毫米，雷射裝置與奈米碳管膜的相對運動速度小於10毫米/秒。
所述奈米碳管線可為非扭轉的奈米碳管線或扭轉的奈米碳管線。所述非扭轉的奈米碳管線與扭轉的奈米碳管線均為自支撐結構。具體地，請參閱圖5，該非扭轉的奈米碳管線包括複數沿平行於該非扭轉的奈米碳管線長度方向延伸的奈米碳管。具體地，該非扭轉的奈米碳管線包括複數奈米碳管片段，該複數奈米碳管片段通過凡得瓦力首尾相連，每一奈米碳管片段包括複數相互平行並通過凡得瓦力緊密結合的奈米碳管。該奈米碳管片段具有任意的長度、厚度、均勻性及形狀。該非扭轉的奈米碳管線長度不限，直徑為0.5奈米至100微米。非扭轉的奈米碳管線為將奈米碳管膜通過有機溶劑處理得到。具體地，將有機溶劑浸潤所述奈米碳管膜的整個表面，在揮發性有機溶劑揮發時產生的表面張力的作用下，奈米碳管膜中的相互平行的複數奈米碳管通過凡得瓦力緊密結合，從而使奈米碳管膜收縮為一非扭轉的奈米碳管線。該有機溶劑為揮發性有機溶劑，如乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷或氯仿，本實施例中採用乙醇。通過有機溶劑處理的非扭轉的奈米碳管線與未經有機溶劑處理的奈米碳管膜相比，比表面積減小，黏性降低。
所述扭轉的奈米碳管線為採用一機械力將所述奈米碳管膜二端沿相反方向扭轉獲得。請參閱圖6，該扭轉的奈米碳管線包括複數繞該扭轉的奈米碳管線軸向螺旋延伸的奈米碳管。具體地，該扭轉的奈米碳管線包括複數奈米碳管片段，該複數奈米碳管片段通過凡得瓦力首尾相連，每一奈米碳管片段包括複數相互平行並通過凡得瓦力緊密結合的奈米碳管。該奈米碳管片段具有任意的長度、厚度、均勻性及形狀。該扭轉的奈米碳管線長度不限，直徑為0.5奈米至100微米。進一步地，可採用一揮發性有機溶劑處理該扭轉的奈米碳管線。在揮發性有機溶劑揮發時產生的表面張力的作用下，處理後的扭轉的奈米碳管線中相鄰的奈米碳管通過凡得瓦力緊密結合，使扭轉的奈米碳管線的比表面積減小，密度及強度增大。
所述奈米碳管線及其製備方法請參見范守善等人於2002年11月5日申請的，2008年11月27日公告的第I303239號台灣公告專利“一種奈米碳管繩及其製造方法”，申請人：鴻海精密工業股份有限公司，及2005年12月16日申請的，2009年7月21日公告的第I312337號台灣公告專利“奈米碳管絲之製作方法”，申請人：鴻海精密工業股份有限公司。為節省篇幅，僅引用此，但上述申請所有技術揭露也應視為本發明申請技術揭露的一部份。
以上內容可知，所述奈米碳管層104起著生長第一半導體層106的掩模作用。所謂“掩模”係指該奈米碳管層104用於遮擋所述基底102的部份外延生長面122，且暴露部份外延生長面122，從而使得第一半導體層106僅從所述外延生長面122暴露的部份生長。由於奈米碳管層104具有複數空隙105，所以該奈米碳管層104形成一圖形化的掩模。當奈米碳管層104設置於基底102的外延生長面122後，複數奈米碳管沿著平行於外延生長面122的方向延伸。由於所述奈米碳管層104在所述基底102的外延生長面122形成複數空隙105，從而使得所述基底102的外延生長面122上具有一圖形化的掩模。可以理解，相對於光刻等微電子方法，通過設置奈米碳管層104作為掩模進行外延生長的方法方法簡單、成本低廉，不易在基底102的外延生長面122引入污染，而且綠色環保。
可以理解，所述基底102及奈米碳管層104共同構成了用於生長第一半導體層106的襯底。該襯底可用於生長與基底102材料相同或不同的第一半導體層106。
在步驟S30中，所述第一半導體層106、活性層108以及第二半導體層110的生長方法可分別通過分子束外延法（MBE）、化學束外延法（CBE）、減壓外延法、低溫外延法、選擇外延法、液相沈積外延法（LPE）、金屬有機氣相外延法（MOVPE）、超真空化學氣相沈積法（UHVCVD）、氫化物氣相外延法(HVPE)、以及金屬有機化學氣相沈積法（MOCVD）等中的一種或複數種實現。所述第一半導體層106、活性層108以及第二半導體層110連續生長。所述第一半導體層106、活性層108以及第二半導體層110構成發光二極體10的有源層。
所述第一半導體層106的生長的厚度可根據需要製備。具體地，所述第一半導體層106的生長的厚度可為1微米至15微米，本實施例中，所述第一半導體層106的厚度為2微米。所述第一半導體層106包括一外質半導體層111，該外質半導體層111可為N型半導體層或P型半導體層二種類型，所述N型半導體層的材料包括N型氮化鎵、N型砷化鎵及N型磷化銅等中的一種，所述P型半導體層的材料包括P型氮化鎵、P型砷化鎵及P型磷化銅等材料中的一種。所述N型半導體層具有提供電子移動場所的作用，所述P型半導體層具有提供電洞移動場所的作用。本實施例中，所述外質半導體層111為Si摻雜的N型氮化鎵。
所述活性層108的厚度為0.01至0.6微米。所述活性層108為包含一層或複數層量子阱層的量子阱結構(Quantum Well)。量子阱層的材料為氮化銦鎵、氮化銦鎵鋁、砷化鎵、砷化鋁鎵、磷化銦鎵、磷化銦砷或砷化銦鎵中的一種或複數種。本實施例中，所述活性層108的厚度為0.3微米，為InGaN/GaN的複合結構。所述活性層108為光子激發層，為電子與電洞相結合產生光子的場所。
所述第二半導體層110的厚度為0.1微米至3微米。所述第二半導體層110可為N型半導體層或P型半導體層二種類型，並且所述第二半導體層110與第一半導體層106中的外質半導體層111分屬二種不同類型的半導體層。所述第二半導體層110遠離基底102的表面可作為發光二極體10的出光面。本實施例中，所述第二半導體層110為鎂(Mg)摻雜的P型氮化鎵，其厚度為0.3微米。
本實施例採用MOCVD方法製備所述第一半導體層106，其中，採用高純氨氣(NH3 )作為氮的源氣，採用氫氣(H2 )作載氣，採用三甲基鎵(TMGa)或三乙基鎵(TEGa)作為Ga源，採用矽烷(SiH4 )作為Si源。所述生長第一半導體層106的方法具體包括以下步驟：
S31，將在步驟S20中得到的外延生長面122鋪設有奈米碳管層104的藍寶石基底102置入一反應室，加熱到1100℃至1200℃，並通入H2 、N2 或其混合氣體作為載氣，高溫烘烤200秒至1000秒。
S32，繼續通入載氣，並降溫到500℃至650℃，通入三甲基鎵以及氨氣，或三乙基鎵以及氨氣，低溫生長GaN層，所述低溫GaN層作為繼續生長第一半導體層106的緩衝層，其厚度為10奈米至50奈米。由於第一半導體層106與藍寶石基底102之間具有不同的晶格常數，因此所述緩衝層用於減少第一半導體層106生長過程中的晶格失配，降低生長的第一半導體層106的位元錯密度。所述緩衝層的材料還可為氮化鋁。
S33，停止通入三甲基鎵或三乙基鎵，繼續通入氨氣及載氣，同時將溫度升高到1100℃至1200℃，並恒溫保持30秒至300秒。
S34，將反應室的溫度保持在1000℃至1100℃，使反應室壓強保持在100托至300托，繼續通入氨氣及載氣，同時重新通入三甲基鎵或三乙基鎵，生長厚度為200奈米至10微米的高溫GaN層，該高溫GaN層可作為本質半導體層101。
S35，將基底102的溫度保持在1000℃至1100℃，繼續通入氨氣、載氣及三甲基鎵或三乙基鎵，進一步通入矽烷，在高溫下生長出高質量的外質半導體層111。在此，所述緩衝層、本質半導體層101及外質半導體層111統稱為第一半導體層106。
其中，所述第一半導體層106的生長過程可分為以下階段：
第一階段：沿著基本垂直於所述外延生長面122的方向成核並外延生長形成複數外延粒子，所述複數外延粒子由奈米碳管層104中的奈米碳管間隔；
第二階段：所述複數外延粒子沿著基本平行於所述外延生長面122的方向外延生長形成一連續的外延薄膜；
第三階段：所述外延薄膜沿著基本垂直於所述外延生長面122的方向外延生長高質量的外延層，該複數外延粒子、外延薄膜及高質量的外延層形成一第一半導體層106。
在第一階段，由於奈米碳管層104設置於所述外延生長面122，因此外延晶粒僅從所述基底102暴露的部份生長，即外延粒子從奈米碳管層104的空隙105處生長出來。
在第二階段，外延粒子從奈米碳管層104中的生長出來之後，基本沿著平行於外延生長面122的方向圍繞所述奈米碳管層104中的奈米碳管側向外延生長，然後逐漸連成一體，從而將所述奈米碳管層104半包圍，在第一半導體層106與基底102之間構成形成複數奈米級的微結構。所述“半包圍”係指，由於奈米碳管的存在，所述第一半導體層106與基底102接觸的表面形成複數奈米級的凹槽，所述凹槽凹向第一半導體層106的內部。所述基底102封閉所述凹槽從而形成複數孔洞103。所述第一半導體層106與基底102之間構成複數奈米級的孔洞103。所述奈米碳管層104位於該奈米級的孔洞103內，所述奈米碳管層104中的奈米碳管與第一半導體層106不接觸。每一孔洞103內設置有一奈米碳管或由複數奈米碳管組成的一奈米碳管束，設置在複數每一孔洞103內的奈米碳管相互通過凡得瓦力連接構成所述奈米碳管層104。由於生長條件的不同及奈米碳管束直徑的不同，所述孔洞103橫截面的形狀可為規則的幾何形狀或不規則的幾何形狀，所述孔洞103橫截面的最大孔徑為20奈米至200奈米，優選的所述孔洞103橫截面的最大孔徑為50奈米或100奈米。
所述活性層108的生長方法與第一半導體層106基本相同。在生長完第一半導體層106之後，緊接著生長所述活性層108。具體的，生長所述活性層108時採用三甲基銦作為銦源，所述活性層108的生長包括以下步驟：
步驟(a1)，生長所述第一半導體層106的步驟S34之後停止通入矽烷，將反應室的溫度保持在700℃至900℃，使反應室壓強保持在50托至500托；
步驟(a2)，向反應室通入三甲基銦，生長InGaN/GaN複數量子阱層，形成所述活性層108。
所述第二半導體層110的的生長方法與第一半導體層106基本相同，具體的，在生長完活性層108之後，採用二茂鎂作(Cp2 Mg)為鎂源，所述第二半導體層110的生長包括以下步驟：
步驟(b1)，生長所述活性層108的步驟(a2)之後停止通入三甲基銦，將反應室的溫度保持在1000℃至1100℃，使反應室壓強保持在76托至200托；
步驟(b2)，向反應室通入二茂鎂，生長Mg摻雜的P型GaN層，形成所述第二半導體層110。
第二半導體層110生長結束後，用透射電子顯微鏡(TEM)對第一半導體層106及基底102的結合處進行觀察及測試。請參閱圖7，淺色的部份為藍寶石，深色的部份為第一半導體層。第一半導體層僅從基底的外延生長面沒有奈米碳管層的位置開始生長，然後連成一體。所述第一半導體層與基底結合的表面形成複數孔洞，所述奈米碳管層設置於該孔洞內，且與第一半導體層間隔設置。
進一步，還可包括一在第二半導體層110表面生長一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。
在步驟S40中，蝕刻所述第二半導體層110、活性層108的部份區域的方法為反應離子蝕刻法。可以理解，在蝕刻活性層108之後，還可繼續蝕刻第一半導體層106，蝕刻第一半導體層106的方法同樣為反應離子蝕刻法。所述蝕刻第一半導體層106步驟中所述奈米碳管層104未被曝露。
所述基底102、奈米碳管層104、第一半導體層106、活性層108以及第二半導體層110共同構成一發光二極體基片。本實施例中活性層108以及第二半導體層110分別為氮化銦鎵/氮化鎵層以及P型氮化鎵層，具體蝕刻步驟為：於發光二極體基片中P型氮化鎵層的表面形成一層光刻膠，去除該光刻膠層靠近一側邊的部份區域內的光刻膠以暴露P型氮化鎵層的部份表面；將發光二極體基片放置在一感應耦合電漿系統中；以四氯化矽及氯氣為蝕刻氣體去除暴露P型氮化鎵層以及氮化銦鎵/氮化鎵層從而暴露N型氮化鎵層。本實施例中，電漿系統的功率係50瓦，氯氣的通入速率為26sccm，四氯化矽的通入速率為4sccm，形成氣壓為2帕，蝕刻0.3微米的P型氮化鎵層以及0.3微米氮化銦鎵/氮化鎵層。
在步驟S50中，所述第一電極114設置於被暴露的第一半導體層106的表面，第一電極114可為N型電極或P型電極，其與第一半導體層106中的外質半導體層111的類型相同。所述第二電極112設置於第二半導體層110的表面。該第二電極112可為N型電極或P型電極，其與第二半導體層110的類型相同。
所述第二電極112、第一電極114至少為一層結構，它們的厚度為0.01微米至2微米。所述第一電極114、第二電極112的材料包括鈦、鋁、鎳及其合金中的一種或其任意組合。本實施例中，所述第二電極112為P型電極，該第二電極112為二層結構，包括一厚度為150埃的鈦層及一厚度為2000埃的金層。所述第一電極114為N型電極，該第一電極114為二層結構，包括一厚度為150埃的鎳層及一厚度為1000埃的金層。步驟S50結束後得到一發光二極體預製體。本實施例中，所述第一電極214設置於第一半導體層106被暴露的表面，且與活性層108間隔設置，所述第二電極212設置於第二半導體層110表面，且第二電極212設置的與第一電極214相對的一側邊。
在步驟S60中，可通過電漿蝕刻法、雷射加熱法或者加熱爐加熱法去除奈米碳管層104，使奈米碳管層104中的奈米碳管發生氧化反應生成氣體被去除。
所述通過電漿蝕刻法去除奈米碳管層104的方法包括以下步驟：
步驟S612；將所述發光二極體預製體放入一真空腔體；
步驟S614；在真空腔體中通入反應氣體，形成該反應氣體的電漿，使該電漿與奈米碳管層104反應。
在步驟S612中，所述真空腔體可為一反應離子蝕刻機的真空腔體。
步驟S614可具體包括以下步驟：
步驟S6142，將該反應離子蝕刻機的真空腔體抽成真空；
步驟S6144，在反應離子蝕刻機的真空腔體中通入反應氣體，該反應氣體可選擇為氧氣、氫氣或四氟化碳等；
步驟S6146，在上述真空腔體中通過輝光放電反應產生反應氣體的電漿，並與奈米碳管層104進行反應。
在步驟S6146中，反應氣體通過輝光放電形成電漿，該電漿包括帶電荷的離子及電子。依據反應氣體的不同，該電漿包括氧電漿、氫電漿或四氟化碳電漿等常用的電漿。優選地，該反應氣體為氧氣，該電漿為氧電漿。由於該電漿具有較好的流動性，通過適當控制真空腔內氣體壓強及反應時間，電漿可滲透至發光二極體預製體的孔洞103中。在發光二極體預製體的孔洞103中，奈米碳管與第一半導體層106間隔設置。因此，電漿較易進入上述第一半導體層106的孔洞103中撞擊奈米碳管表面對奈米碳管進行物理蝕刻，或者通過與奈米碳管層104中的碳原子發生氧化反應生成二氧化碳等易揮發的反應產物對奈米碳管層104進行化學蝕刻。上述反應時間不易太短時，否則奈米碳管層104與電漿反應不充分，無法達到去除奈米碳管層104的目的。上述輝光放電反應的功率可為20至300瓦，優選為150瓦。反應氣體流量為10至100標準狀態毫升/分鐘(sccm)，優選為50sccm。真空腔體內氣體壓強為1至100帕，優選為10帕。電漿與奈米碳管反應時間為10秒至1小時，優選為15秒至15分鐘。
所述通過雷射加熱去除奈米碳管層104的方法具體包括以下步驟：
步驟S622；提供一雷射裝置，從該雷射裝置發射雷射光束照射至該發光二極體預製體中的基底102的表面。
步驟S624；在含有氧氣的環境中，使雷射光束與所述發光二極體預製體中的基底102的表面進行相對運動從而使雷射光束掃描該發光二極體預製體中的基底102的表面。
在步驟S622中，雷射裝置包括固體雷射器、液體雷射器、氣體雷射器及半導體雷射器。雷射的功率密度大於0.053×1012 瓦特/平方米，光斑的直徑在1毫米至5毫米範圍內，雷射的照射時間小於1.8秒。本實施例中，雷射裝置為二氧化碳雷射器，該雷射器的功率為30瓦特，波長為10.6微米，光斑的直徑為3毫米。優選地，所述雷射光束垂直入射照射至發光二極體預製體中的基底102的表面，即雷射光束基本垂直於所述基底102的表面。
所述雷射裝置的參數的選擇應考慮第一半導體層106的材料在雷射照射下的穩定性。當所述第一半導體層106的材料為GaN時，在生長GaN的過程中可先生長一低溫GaN緩衝層，後生長一高溫GaN層，或者直接生長高溫GaN層。本實施例中，第一半導體層106包括一低溫GaN緩衝層及一高溫GaN層。由於，低溫GaN緩衝層對波長為248奈米的雷射有很強的吸收性，因此，低溫GaN在波長為248奈米的雷射照射下會分解為Ga及N2 。因此，若第一半導體層106中包括低溫GaN緩衝層，則採用雷射去除奈米碳管層104時，應避免選擇波長為248奈米的雷射。當所述第一半導體層106為其他材料時，也應避免選擇會使第一半導體層106發生不穩定的雷射。
所述雷射裝置包括至少一雷射器，當該雷射裝置包括一雷射器時，該雷射裝置照射形成一光斑，該光斑的直徑為1毫米至5毫米。當該雷射裝置包括複數雷射器時，該雷射裝置照射形成一連續的雷射掃描區，該雷射掃描區為由複數連續的雷射光斑組成的條帶狀光斑，該條帶狀光斑的寬度為1毫米至5毫米，長度大於等於基底102的表面的寬度。
步驟S624可通過以下二種方法實現：
方法一：固定發光二極體預製體，然後移動雷射裝置照射該發光二極體預製體的方法，其具體包括以下步驟：固定發光二極體預製體；提供一可移動的雷射裝置；以及移動該雷射裝置掃描該發光二極體預製體中的基底102的表面。
方法二：固定雷射裝置，移動發光二極體預製體使雷射照射該發光二極體預製體中的基底102的表面的方法，其具體包括以下步驟：提供一固定的雷射裝置，該雷射裝置在一固定區域形成一雷射掃描區；提供所述發光二極體預製體，使該發光二極體預製體中的基底102的表面以一定的速度經過該雷射掃描區。
若基底102為不透光材料，當所述雷射光束照射在基底102的表面時，所述基底102被雷射光束加熱並將熱量傳導至奈米碳管層104。由於第一半導體層106的孔洞103中奈米碳管與第一半導體層106間隔設置，因此氧氣較容易進入第一半導體層106的孔洞103中。奈米碳管層104中的奈米碳管吸收熱量並在氧氣的作用下被氧化成二氧化碳氣體進而被去除。
若基底102為透光材料，則雷射光束可穿透基底102直接照射在奈米碳管層104上。由於奈米碳管對雷射具有良好的吸收特性，且奈米碳管層104中的奈米碳管將會吸收雷射能量與氧氣發生反應而被燒蝕去除，可通過控制該發光二極體預製體的移動速度或該雷射掃描區的移動速度，來控制雷射照射奈米碳管層104的時間，從而控制奈米碳管層104中奈米碳管所吸收的能量，使得該奈米碳管層104中的奈米碳管被燒蝕去除。可以理解，對於具有固定功率密度、固定波長的雷射裝置，奈米碳管層104通過雷射掃描區的速度越小，奈米碳管層104被照射的時間越長，奈米碳管層104中的奈米碳管束吸收的能量越多，奈米碳管層104就越容易被燒蝕去除。本實施例中，雷射器與奈米碳管層104的相對運動速度小於10毫米/秒。可以理解，上述雷射掃描奈米碳管層104的方法不限，只要能夠均勻照射該奈米碳管層104即可。雷射掃描可沿平行奈米碳管層104中奈米碳管的排列方向逐行進行，也可沿垂直於奈米碳管層104中奈米碳管的排列方向逐列進行。
所述在氧氣環境下通過加熱爐加熱所述奈米碳管層104的方法具體包括以下步驟：
步驟S632，提供一加熱爐。
該加熱爐的結構不限，只要可提供均勻穩定地的加熱溫度即可。優選地所述加熱爐為一電阻爐。所述電阻爐可為先前技術中的電阻爐。
步驟S634，將所述發光二極體預製體放置於所述加熱爐的內部，在氧氣環境下加熱所述發光二極體預製體。
所述發光二極體預製體中的奈米碳管層104吸收加熱爐的熱量與氧氣發生反應而被燒蝕。電阻爐的加熱溫度在600oC以上，可確保奈米碳管獲得足夠的熱量與氧氣反應。優選地，通過電阻爐將發光二極體預製體加熱到650oC以上從而使奈米碳管層104去除。
去除奈米碳管層104之後得到發光二極體10。本發明提供的去除奈米碳管層104的雷射加熱、加熱爐加熱或者通過電漿蝕刻的方法均具有方法簡單，無污染的優點。
本發明提供的發光二極體10的製備方法具有以下優點：
第一，本方法通過設置一奈米碳管層104作為掩模的方法無需剝離基底102即可在第一半導體層106與基底102之間形成複數奈米級的孔洞103，且無需剝離基底102，因此方法簡單、成本低。
第二，本方法形成在第一半導體層106與基底102之間形成複數奈米級的孔洞103可有效提高發光二極體10出光效率。
第三，奈米碳管層104為自支撐結構，可直接鋪設在基底102表面，方法簡單，有利於大規模產業化製造。
請參閱圖8，本發明第一實施例製備獲得的一種發光二極體10，其包括一基底102、一奈米碳管層104、一本質半導體層101、一外質半導體層111一活性層108、一第二半導體層110、一第一電極114以及一第二電極112。所述一本質半導體層101、一外質半導體層111、活性層108以及第二半導體層110依次層疊設置於所述基底102的一側。所述本質半導體層101及所述外質半導體層111共同構成所述第一半導體層106。所述第一半導體層106靠近基底102設置。所述第一電極114與所述第一半導體層106電連接設置。所述第二電極112與所述第二半導體層110電連接設置。所述第一半導體層106與基底102接觸的表面具有複數奈米級的凹槽，所述第一半導體層106與基底之間構成複數奈米級的孔洞103。
所述複數孔洞103橫截面的形狀可為規則的幾何形狀或不規則的幾何形狀。所述孔洞103橫截面的最大孔徑為20奈米至200奈米。本實施例中，所述孔洞103橫截面的最大孔徑為50奈米至100奈米。當所述奈米碳管層104為複數相互平行排列的奈米碳管線或為一單個奈米碳管拉膜時，所述複數奈米級孔洞103的形狀為複數相互平行的條狀孔洞103。當所述奈米碳管層104的為至少二交叉設置的奈米碳管拉膜或複數交叉設置的奈米碳管線時，所述複數奈米級孔洞103形成一相互連通且分佈在同一表面。
本發明提供的發光二極體10具有以下有益效果：其一，所述第一半導體層106與基底102接觸的表面具有複數奈米級的凹槽，該複數奈米級的凹槽可起到散射的作用，當活性層108中產生的部份光子以大角度入射到該第一半導體層106與基底102的介面時，該複數奈米級的凹槽會改變光子的運動方向，從而可提高所述發光二極體10的光取出率。
請參閱圖9，本發明第二實施例提供一種發光二極體20的製備方法，其包括以下步驟：
S100：提供一基底202，該基底202具有一支援外延層生長的外延生長面222；
S200：在所述基底202的外延生長面222設置一第一奈米碳管層204；
S300：在基底202的外延生長面222依次外延生長一第一半導體層206、一活性層208以及一第二半導體層210；
S400：所述第二半導體層210的表面設置一第二奈米碳管層207；
S500：在所述第二半導體層210遠離基底202的表面垂直生長一第三半導體層209，所述第三半導體層209為由第二奈米碳管層207中的奈米碳管間隔的非連續性的第三半導體層209；
S600：去除第一奈米碳管層204及第二奈米碳管層207，第一半導體層206與基底202接觸的表面形成複數奈米級的凹槽，以及於第二半導體層210的表面形成複數微結構215。
S700：蝕刻複數微結構215、第二半導體層210及活性層208的部份區域以暴露第一半導體層206以形成一臺階；
S800：在第一半導體層206的表面製備一第一電極212，在第二半導體層210的表面製備一第二電極214；
本發明第二實施例提供的發光二極體20的製備方法與第一實施例提供的發光二極體10的製備方法相似，其區別在於，第二實施例提供的發光二極體20的製備方法中於第二半導體層210的表面形成複數奈米級微結構215。
所述步驟S100、S200及S300與本發明第一實施例提供的發光二極體10的製備方法中的步驟S10、S20及S30相同。
步驟S400中，所述第二奈米碳管層207用作生長第三半導體層209中的掩模。所謂“掩模”係指第三半導體層209從所述第二奈米碳管層207的空隙205處向外生長。由於第二奈米碳管層207具有複數空隙205，所以該第二奈米碳管層207形成一圖案化的掩模。 所述第二奈米碳管層207的結構、設置方式、形成方法以及材料等均與第一實施例的奈米碳管層104相同。
步驟S500中，沿著基本垂直於所述第二半導體層210的遠離基底202的表面方向成核並外延生長形成複數第三半導體晶粒。所述複數第三半導體晶粒在第二半導體層210的遠離基底202的表面通過該第二奈米碳管層207的空隙暴露的部份開始生長，且其生長方向基本垂直於所述基底202的外延生長面222，即該步驟中複數第三半導體晶粒進行縱向外延生長，在相鄰第三半導體晶粒之間形成溝槽213。在所述溝槽213中設置有第二奈米碳管層207，具體地，所述第二奈米碳管層207中的奈米碳管分別分佈在溝槽213內。所述不連續的複數第三半導體晶粒整體為所述第三半導體層209。可通過控制第三半導體晶粒生長的時間來控制所述第三半導體層209的厚度，從而使所述第三半導體層209形成具有複數溝槽213的結構。所述第三半導體層209的材料不限，可為氮化鎵、砷化鎵及磷化銅等。所述第三半導體層209的材料可與第二半導體層210的材料相同或不同。本實施例中第三半導體層209的材料為Mg摻雜的氮化鉀。
步驟S500具體包括以下步驟包括:
首先，將藍寶石基底202、第一奈米碳管層204、有源層以及第二奈米碳管層207形成的發光二極體基片置入一反應室，加熱到1100℃至1200℃，並通入H2 、N2 或其混合氣體作為載氣，高溫烘烤200秒至1000秒，對基片進行高溫淨化處理。
其次，將反應室的溫度保持在1000℃至1100℃，使反應室壓強保持在76托至200托。向反應室通入三甲基鎵及二茂鎂，或三乙基鎵及二茂鎂，生長Mg摻雜的P型GaN層，形成所述第三半導體層209，其高度為10奈米至50奈米，從而形成由該複數P型GaN晶粒構成的第三半導體層209。此時所述第三半導體層209通過第二奈米碳管層207相互間隔也可完全包圍第二奈米碳管層207。
在步驟S600中，所述第一奈米碳管層204及第二奈米碳管層207的去除方法與本發明第一實施例提供的去除奈米碳管層104的方法相似，可為電漿蝕刻法、雷射加熱法或者加熱爐加熱法。
第一奈米碳管層104被去除，從而於第一半導體層206與基底202接觸面的表面形成複數奈米級的凹槽，該複數奈米級的凹槽與基底202構成複數奈米級的孔洞203。第二奈米碳管層207被去除，所述具有複數溝槽213結構的第三半導體層209構成複數微結構215，從而於第二半導體層110的表面形成複數微結構215。
步驟S700與第一實施例中的步驟S40相似，其區別在於，在步驟S700中首先蝕刻微結構215的部份區域之後再進一步蝕刻微結構215被蝕刻區域下方的第二半導體層110、活性層108。所述蝕刻微結構215的方法仍為反應離子蝕刻法。
在步驟S800中，所述形成第一電極214及第二電極212的方法與步驟S50相似，其區別在於，所述第二電極214覆蓋所述複數微結構215中的位於第二電極212下方的部份微結構，即所述複數微結構215中的部份微結構設置於所述第二半導體層110及第二電極212之間。由於所述複數微結構215均為間隔設置，因此，所述第二電極212填充第二電極212下方的複數微結構215之間的間隙。
本發明第二實施例通過在發光二極體20的出光面設置一第二奈米碳管層207作為掩模的方法在所述發光二極體20的出光面直接生長形成微結構215，方法簡單、成本低。克服了先前技術蝕刻及奈米壓印等方法成本高方法複雜等的技術問題。並且，第二奈米碳管層207為自支撐結構，可直接鋪設在發光二極體20的出光面的表面，方法簡單，有利於大規模產業化製造。
請參閱圖10，本發明第二實施例提供的發光二極體20其包括一基底202、一第一半導體層206、一活性層208、一第二半導體層210、一第一電極214以及一第二電極212。所述第一半導體層206包括一緩衝層（圖未示）、一本質半導體層201及一外質半導體層211。所述緩衝層（圖未示）、本質半導體層201、外質半導體層211、活性層208以及第二半導體層210依次層疊設置於所述基底202的一側。所述第一半導體層206靠近基底202設置。所述第一電極214與所述第一半導體層206電連接設置。所述第二電極212與所述第二半導體層210電連接設置。所述第一半導體層106與基底202的接觸面具有複數奈米級的凹槽，該複數奈米級的凹槽與基底202構成複數奈米級的孔洞203。所述第二半導體層210遠離基底202的表面設置有複數間隔設置的微結構215。
本發明第二實施例提供的發光二極體20的結構與本發明第一實施例提供的發光二極體10的結構相似，其區別在於，所述第二半導體層210遠離基底202的表面設置有複數微結構215。所述複數微結構215相互間隔設置。所述微結構215的橫截面的形狀可為規則的幾何形狀或不規則的幾何形狀。所述複數微結構215可為複數相互平行的條狀凸起結構。所述複數微結構215還可為相互連接且分佈於同一平面內。所述條狀凸起結構的延伸方向與條狀孔洞的延伸方向可相同或交叉。相鄰的所述條狀微結構215之間形成所述溝槽213。所述條狀凸起的微結構215的最大寬度可為10奈米至10微米。當所述相鄰的所述條狀凸起微結構215之間形成所述溝槽213，所述溝槽213的最大寬度為20奈米至200奈米。所述複數微結構215還可相互連接呈網格狀分佈。本實施例中，所述溝槽213的最大寬度為50奈米至100奈米。本實施例中，所述微結構215為條狀凸起結構，所述孔洞203為條形孔洞203，其交角為90度，其可增加發光二極體20的出光率。
本發明第二實施例提供的發光二極體20，通過在所述發光二極體20的出光面設置複數微結構215，當發光二極體20內部產生的大角度光入射到該出光面時遇到該複數微結構215，會經過其散射而改變光的出射方向，從而實現了發光二極體20中的大角度光的取出，進一步提高了發光二極體20的光取出效率。
綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡習知本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。
10、20．．．發光二極體
101、201．．．本質半導體層
102、202．．．基底
103、203．．．孔洞
104、204．．．奈米碳管層
105、205．．．空隙
106、206．．．第一半導體層
108、208．．．活性層
110、210．．．第二半導體層
111、211．．．外質半導體層
112、212．．．第二電極
114、214．．．第一電極
122、222．．．外延生長面
143．．．奈米碳管片段
145．．．奈米碳管
204．．．第一奈米碳管層
207．．．第二奈米碳管層
209．．．第三半導體層
213．．．溝槽
215．．．微結構
圖1為本發明第一實施例提供的發光二極體之製備方法的方法流程圖。
圖2為本發明第一實施例提供的發光二極體之製備方法中採用的奈米碳管膜的掃描電鏡照片。
圖3為圖2中的奈米碳管膜中的奈米碳管片段的結構示意圖。
圖4為本發明第一實施例提供的發光二極體之製備方法中採用的複數層交叉設置的奈米碳管膜的掃描電鏡照片。
圖5為本發明第一實施例提供的發光二極體之製備方法中採用的非扭轉奈米碳管線的掃描電鏡照片。
圖6為本發明第一實施例提供的發光二極體之製備方法中採用的扭轉的奈米碳管線的掃描電鏡照片。
圖7為為本發明第一實施例提供的發光二極體之製備方法中的第一半導體層與基底介面處的透射電鏡照片。
圖8為本發明第一實施例提供的發光二極體的結構示意圖。
圖9為本發明第二實施例提供的發光二極體之製備方法的方法流程圖。
圖10為本發明第二實施例提供的發光二極體的結構示意圖。
10．．．發光二極體
101．．．本質半導體層
102．．．基底
103．．．孔洞
104．．．奈米碳管層
105．．．空隙
106．．．第一半導體層
108．．．活性層
110．．．第二半導體層
111．．．外質半導體層
112．．．第二電極
114．．．第一電極
122．．．外延生長面

Claims (13)

  1. 一種發光二極體之製備方法，其包括以下步驟：
    提供一基底，該基底具有一支援外延層生長的外延生長面；
    在所述基底的外延生長面設置一奈米碳管層；
    在基底的外延生長面依次外延生長一第一半導體層、一活性層及一第二半導體層；
    刻蝕第二半導體層及活性層的部份區域以暴露第一半導體層並形成一臺階；
    在第一半導體層的表面製備一第一電極，在第二半導體層的表面製備第二電極，此時得到一發光二極體預製體；及
    去除發光二極體預製體中的奈米碳管層。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體之製備方法，其中，所述奈米碳管層為一自支撐結構，直接鋪設在所述基底的外延生長面並與基底接觸。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之發光二極體之製備方法，其中，所述在基底的外延生長面設置一奈米碳管層的方法為將奈米碳管膜或奈米碳管線直接鋪設在所述基底的外延生長面作為奈米碳管層。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體之製備方法，其中，所述奈米碳管層包括複數奈米碳管沿著平行於奈米碳管層表面的方向延伸，且平行於所述基底的外延生長面。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體之製備方法，其中，所述第一半導體層為異質外延生長。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體之製備方法，其中，所述奈米碳管層包括複數空隙，所述第一半導體層由所述奈米碳管層的間隙中外延生長。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之發光二極體之製備方法，其中，所述生長第一半導體層的方法具體包括以下步驟：
    沿著基本垂直於所述外延生長面的方向成核並外延生長形成複數外延粒子；
    所述複數外延粒子沿著基本平行於所述外延生長面的方向外延生長形成一連續的外延薄膜；
    所述外延薄膜沿著基本垂直於所述外延生長面的方向外延生長形成一第一半導體層。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體之製備方法，其中，所述生長第一半導體層的方法為依次外延生長一緩衝層、一本質半導體層及一外質半導體層。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體之製備方法，其中，所述去除奈米碳管層的方法為對奈米碳管層進行化學刻蝕，使奈米碳管層中的碳原子發生氧化反應生成二氧化碳。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體之製備方法，其中，所述去除該奈米碳管層的方法為電漿蝕刻法，所述電漿蝕刻法去除奈米碳管層的方法具體包括以下步驟：首先，將發光二極體預製體放入一反應離子刻蝕機的真空腔體中；其次，將該真空腔體中抽成真空，在反應離子刻蝕機的真空腔體中通入反應氣體；最後，在上述真空腔體中通過輝光放電反應產生反應氣體的電漿，該電漿對奈米碳管層進行物理刻蝕或與奈米碳管層進行反應進行化學刻蝕，去除奈米碳管層。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之發光二極體之製備方法，其中，所述反應氣體的電漿包括氧電漿、氫電漿或四氟化碳電漿。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體之製備方法，其中，所述去除該發光二極體預製體中的奈米碳管層的方法為雷射加熱法，所述雷射加熱法去除奈米碳管層的方法具體包括以下步驟：提供一雷射裝置，從該雷射裝置發射雷射光束至該發光二極體預製體中的基底的表面；在含有氧氣的環境中，使雷射光束與發光二極體預製體中的基底的表面進行相對運動從而使雷射光束掃描該發光二極體預製體中的基底的表面，奈米碳管層中的奈米碳管吸收雷射能量與氧氣發生反應而被燒蝕去除。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體之製備方法，其中，所述去除該發光二極體預製體中的奈米碳管層的方法為加熱爐加熱法：提供一加熱爐；將所述發光二極體預製體放置於所述加熱爐的內部，在含有氧氣的環境下加熱所述發光二極體預製體，其中所述加熱溫度大於600oC，發光二極體預製體中的奈米碳管層吸收熱量與氧氣發生反應而被燒蝕去除。
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