TWI546980B - 發光二極體 - Google Patents
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Description
本發明涉及一種發光二極體，尤其涉及一種基於氧化鎂雙介質層的發光二極體。
發光二極體是一種把電能轉換成光能的發光器件，是在P-N結、雙異質結或多量子階結構上通以正向電流時可發出可見光、紅外線及紫外光等的光發射器件。
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型電極以及設置在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型半導體層中的空穴與存在於N型半導體層中的電子在活性層中發生複合而產生光子，且光子從發光二極體中射出。
先前技術中，半導體層一般採用砷化鎵、磷化鎵、碳化矽、氮化鎵等材料，然而這些材料一般需要在藍寶石基底上外延生長，而且這些外延結構與基底之間普遍存在晶格失配的現象，易存在位錯等缺陷，工藝條件限制較高。
有鑒於此，提供一種工藝簡單，並可在普通基底上製備的發光二極體實為必要。
一種發光二極體，其包括：一絕緣基底；一半導體奈米碳管層，所述半導體奈米碳管層設置於所述絕緣基底的表面；一第一電極，所述第一電極與所述半導體奈米碳管層電連接；一第二電極，所述第二電極與該第一電極間隔設置，並與所述半導體奈米碳管層電連接；其中，在位於所述第一電極和第二電極之間的所述半導體奈米碳管層遠離絕緣基底的表面定義相鄰的一第一區域和一第二區域，該第一區域靠近所述第一電極設置，該第二區域靠近所述第二電極設置；進一步包括一氧化鎂層，所述氧化鎂層設置於位於所述第一區域的所述半導體奈米碳管層的表面，位於第二區域的所述半導體奈米碳管層的表面暴露；一功能介質層，所述功能介質層設置於所述氧化鎂層遠離半導體奈米碳管層的表面。
與先前技術相比較，本發明提供的發光二極體具有以下優點：由於採用奈米碳管材料作為半導體層，所述發光二極體可在普通基底上製備得到；通過在奈米碳管材料的表面選擇性沉積由氧化鎂層、功能介質層組成的雙介質層即可得到發光二極體，製備工藝簡單。
圖1為本發明第一實施例提供的發光二極體的剖視圖。
圖2為本發明第一實施例中半導體奈米碳管層的掃描電鏡照片。
圖3為本發明第二實施例提供的發光二極體的剖視圖。
圖4為本發明第三實施例提供的發光二極體的剖視圖。
下面將結合具體實施例，對本發明提供的基於氧化鎂層雙介質層的發光二極體作進一步詳細說明。
請參閱圖1，本發明第一實施例提供一種發光二極體10，其包括：一絕緣基底110、一半導體奈米碳管層120、一第一電極121、一氧化鎂層130、一功能介質層140以及一第二電極122。所述半導體奈米碳管層120、氧化鎂層130、功能介質層140從下向上依次層疊設置於所述絕緣基底110的表面。所述半導體奈米碳管層120與所述絕緣基底110接觸設置。所述氧化鎂層130設置於所述半導體奈米碳管層120遠離絕緣基底110的部份表面，並與該半導體奈米碳管層120接觸設置。所述功能介質層140設置於氧化鎂層130遠離所述絕緣基底110的表面。所述第一電極121與所述第二電極122間隔設置，並與所述半導體奈米碳管層120電連接。
具體地，在位於所述第一電極121和第二電極122之間的所述半導體奈米碳管層120遠離絕緣基底110的表面定義相鄰的一第一區域和一第二區域，該第一區域靠近所述第一電極121設置，該第二區域靠近所述第二電極122設置，所述第一區域和第二區域沿從第一電極121到第二電極122的方向並排且相鄰設置。所述氧化鎂層130設置於位於所述第一區域的所述半導體奈米碳管層120的表面，位於第二區域的所述半導體奈米碳管層120的表面暴露。所述功能介質層140覆蓋於所述氧化鎂層130遠離絕緣基底110的表面，且該功能介質層140設置於該第一電極121、第二電極122之間。
所述絕緣基底110起支撐作用，該絕緣基底110的材料不限，可選擇為玻璃、石英、陶瓷、金剛石等硬性材料，也可選擇塑膠、樹脂等柔性材料。進一步，所述絕緣基底110為一柔性材料，如聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚醯亞胺等柔性材料。本實施例中，所述絕緣基底110的材料為柔性材料，優選為聚對苯二甲酸乙二醇酯。
所述半導體奈米碳管層120包括複數奈米碳管，該複數奈米碳管相互連接形成一連續的導電網路結構。所述半導體奈米碳管層120可為一純奈米碳管結構，所述純奈米碳管結構由複數奈米碳管組成，複數奈米碳管的排列方向可以是無序的、無規則的，比如複數奈米碳管交叉、纏繞排列的網狀結構。所述半導體奈米碳管層120中複數奈米碳管的排列方向也可以是有序的、有規則的，比如複數奈米碳管沿同一方向排列或分別沿兩個方向有序排列。所述半導體奈米碳管層120也可以由奈米碳管膜、奈米碳管線狀結構或奈米碳管線狀結構與奈米碳管膜的組合構成。所述奈米碳管線狀結構可由單根或者複數平行排列的奈米碳管線組成。所述半導體奈米碳管層120可以是一自支撐結構，所謂自支撐是指奈米碳管層不需要大面積的載體支撐，而只要相對兩邊提供支撐力即能整體上懸空而保持自身層狀狀態。所述半導體奈米碳管層120也可形成在一絕緣支撐體的表面。所述半導體奈米碳管層120可由單層或多層奈米碳管組成。
所述半導體奈米碳管層120整體上表現為半導體性質。所述半導體奈米碳管層120中半導體性奈米碳管所佔比例為大於66.7%，優選地，半導體性奈米碳管所佔比例為90%-100%，優選地，所述半導體奈米碳管層120由純半導體性的奈米碳管組成。進一步，所述半導體奈米碳管層120是由純P型半導體性的奈米碳管形成的P型半導體奈米碳管層。所述半導體奈米碳管層120可由複數交錯排列的單壁奈米碳管組成。該半導體奈米碳管層120中的單壁奈米碳管的直徑小於2奈米，單壁奈米碳管的長度為2微米-4微米，該半導體奈米碳管層120的厚度為0.5奈米-2奈米。優選地，該單壁奈米碳管的直徑大於等於0.9奈米小於等於1.4奈米。
請參閱圖2，本實施例中，所述半導體奈米碳管層120是由單層單壁奈米碳管組成，該半導體奈米碳管層120中半導體性奈米碳管所佔比例為98%。所述半導體奈米碳管層120中複數單壁奈米碳管交叉、纏繞形成網路結構，該半導體奈米碳管層120中單壁奈米碳管的直徑為1.2奈米，即該半導體奈米碳管層120厚度為1.2奈米。
所述氧化鎂層130設置於所述半導體奈米碳管層120遠離絕緣基底110的部份表面，並與半導體奈米碳管層120接觸設置。具體地，所述氧化鎂層130連續且直接附著於所述半導體奈米碳管層120的部份表面，以確保被附著氧化鎂層130的奈米碳管與空氣完全隔離。
所述氧化鎂層130可隔絕所述半導體奈米碳管層120與空氣中的水分子接觸，並且還可吸收該半導體奈米碳管層120中的水分子。該氧化鎂層130降低了水分子與半導體奈米碳管層120中電子結合的幾率，從而使得所述半導體奈米碳管層120中的電子數量提高，並相應降低了半導體奈米碳管層120中的電洞數量。所以，所述氧化鎂層130可增加半導體奈米碳管層120覆蓋區域的N型特性，並相應降低半導體奈米碳管層120覆蓋區域的P型特性。進而，在所述半導體奈米碳管層120與功能介質層140之間設置一氧化鎂層130後，該氧化鎂層130可顯著降低半導體奈米碳管層120覆蓋區域的P型特性，並使得半導體奈米碳管層120覆蓋區域的N型特性進一步顯著增加。
所述氧化鎂層130的厚度為大於1奈米。優選地，該氧化鎂層130的厚度為1-10奈米。可以理解，所述氧化鎂層130的厚度越大，其結構就會越穩定，降低半導體奈米碳管層120電洞數量越顯著。本實施例中，所述氧化鎂層130的厚度為10奈米。
所述功能介質層140設置於所述氧化鎂層130遠離半導體奈米碳管層120的表面。優選地，該功能介質層140設置於該氧化鎂層130的整個表面。所述功能介質層140的材料可對該半導體奈米碳管層120進行電子摻雜，並起到隔絕空氣中的氧氣和水分子的作用。進而，符合上述條件的材料均適用於功能介質層140，如氧化鋁、氧化鉿、氧化釔等。具體地，由於所述功能介質層140的結構緻密，該功能介質層140可使得所述半導體奈米碳管層120與空氣中的氧氣與水分子隔絕；所述功能介質層140的結構中存在正電荷缺陷，可對所述半導體奈米碳管層120進行電子摻雜，從而使得半導體奈米碳管層120被功能介質層140覆蓋的區域具有N型特性。所述功能介質層140的厚度為20-40奈米。優選地，該功能介質層140的厚度為25-30奈米。本實施例中，所述功能介質層140的材料為氧化鋁，所述功能介質層140的厚度為30奈米。
所述第一電極121、第二電極122均由導電材料組成，其材料為鋁、銅、鎢、鉬、金、鈦、鈀或其任意組合。所述第一電極121為N型電極，並與所述氧化鎂層130接觸設置；所述第二電極122為P型電極，並與所述氧化鎂層130間隔設置。本實施例中，所述第一電極121為雙層結構，具體地，所述雙層結構是由金在鈦的表面複合而成，所述金屬Ti的厚度為2奈米，金屬Au的厚度為50奈米。
可以理解，由氧化鎂層130與功能介質層140覆蓋的半導體奈米碳管層120的區域表現為N型半導體特徵，即為N型區域；而未被氧化鎂層130與功能介質層140覆蓋的半導體奈米碳管層120的區域則表現為P型特徵，即為P型區域。使用時，所述半導體奈米碳管層120的N型區域和P型區域的交界形成一PN結。當在所述發光二極體10的PN結上施加一正電壓時，所述半導體奈米碳管層120的N型區域中的電子注入到P型區域，P型區域中的電洞注入到N型區域，相互注入的電子和電洞相遇時產生複合，複合時產生的能量以光的形式釋放。
本發明第一實施例提供的發光二極體10，由於採用奈米碳管材料作為半導體層，所述發光二極體可在普通基底上製備得到；通過在奈米碳管材料的表面選擇性沉積由氧化鎂層130、功能介質層140組成的雙介質層即可得到發光二極體，製備工藝簡單。
請參閱圖3，本發明第二實施例提供一種發光二極體20，其包括：一絕緣基底110，一第二氧化鎂層150，一半導體奈米碳管層120，一氧化鎂層130，一功能介質層140，一第一電極121以及一第二電極122。所述第二氧化鎂層150設置於所述半導體奈米碳管層120與絕緣基底110之間，與所述半導體奈米碳管層120接觸設置，並連續且直接附著於所述半導體奈米碳管層120的表面。
本發明第二實施例提供的發光二極體20與第一實施例提供的發光二極體10基本相同，其區別在於：第二實施例中，在半導體奈米碳管層120與絕緣基底110之間進一步包括一第二氧化鎂層150。所述第二氧化鎂層150與所述半導體奈米碳管層120靠近所述絕緣基底110的整個表面接觸，或者，所述第二氧化鎂層150可與所述氧化鎂層130對應設置，僅設置於所述半導體奈米碳管層120靠近所述絕緣基底110的部份表面，與所述第二電極122間隔設置。所述第二氧化鎂層150與所述氧化鎂層130的結構相同。可以理解，這時所述半導體奈米碳管層120的部份區域中的奈米碳管層相對的兩表面均覆蓋氧化鎂，從而確保該半導體奈米碳管層120區域中的奈米碳管與空氣完全隔離。
請參閱圖4，本發明第三實施例提供一種發光二極體30，其包括：一絕緣基底110，一氧化鎂層130，一半導體奈米碳管層120，一功能介質層140，一第一電極121以及一第二電極122。所述氧化鎂層130設置於絕緣基底110的一側。所述半導體奈米碳管層120設置於該氧化鎂層130遠離絕緣基底的表面。所述功能介質層140設置於所述半導體奈米碳管層120遠離絕緣基底110的部份表面。
具體地，所述氧化鎂層130設置於所述半導體奈米碳管層120與絕緣基底110之間，並與該半導體奈米碳管層120接觸設置，所述氧化鎂層130連續且直接附著於所述半導體奈米碳管層120的表面。在位於所述第一電極121和第二電極122之間的所述半導體奈米碳管層120遠離絕緣基底110的表面定義相鄰的一第一區域和一第二區域，該第一區域靠近所述第一電極121設置，該第二區域靠近所述第二電極122設置，所述第一區域和第二區域沿從第一電極121到第二電極122的方向並排且相鄰設置。所述功能介質層140設置於位於所述第一區域的所述半導體奈米碳管層120的表面，位於第二區域的所述半導體奈米碳管層120的表面暴露。進一步，所述氧化鎂層130至少設置於位於所述第一區域的所述半導體奈米碳管層120的表面且所述半導體奈米碳管層120接觸。
本發明第三實施例提供的發光二極體30與第一實施例提供的發光二極體10基本相同，其區別在於：第三實施例中，所述氧化鎂層130設置於半導體奈米碳管層120與絕緣基底110之間，並與半導體奈米碳管層120接觸設置。所述功能介質層140設置於半導體奈米碳管層120遠離氧化鎂層的部份表面。本實施例中，所述氧化鎂層130的厚度為10奈米。
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。
發光二極體：10，20，30
絕緣基底：110
半導體奈米碳管層：120
第一電極：121
第二電極：122
氧化鎂層：130
功能介質層：140
第二氧化鎂層：150
無
發光二極體：10
絕緣基底：110
半導體奈米碳管層：120
第一電極：121
第二電極：122
氧化鎂層：130
功能介質層：140
Claims (11)
- 一種發光二極體，其包括：
一絕緣基底；
一半導體奈米碳管層，所述半導體奈米碳管層設置於所述絕緣基底的表面；
一第一電極，所述第一電極與所述半導體奈米碳管層電連接；
一第二電極，所述第二電極與該第一電極間隔設置，並與所述半導體奈米碳管層電連接；
其改進在於，在位於所述第一電極和第二電極之間的所述半導體奈米碳管層遠離絕緣基底的表面定義相鄰的一第一區域和一第二區域，該第一區域靠近所述第一電極設置，該第二區域靠近所述第二電極設置；
進一步包括一氧化鎂層，所述氧化鎂層設置於位於所述第一區域的所述半導體奈米碳管層的表面，位於第二區域的所述半導體奈米碳管層的表面暴露；
一功能介質層，所述功能介質層設置於所述氧化鎂層遠離半導體奈米碳管層的表面。 - 如請求項1所述的發光二極體，其中，所述第一區域和第二區域沿從第一電極到第二電極的方向並排且相鄰設置。
- 如請求項1所述的發光二極體，其中，所述第一區域的半導體奈米碳管層表現為N型特徵，所述第二區域的半導體奈米碳管層表現為P型特徵。
- 如請求項1所述的發光二極體，其中，所述半導體奈米碳管層為由複數單壁奈米碳管組成的導電網路結構。
- 如請求項1所述的發光二極體，其中，所述半導體奈米碳管層的厚度為0.5奈米-2奈米。
- 如請求項1所述的發光二極體，其中，所述氧化鎂層連續且直接附著於所述半導體奈米碳管層遠離絕緣基底的部份表面。
- 如請求項1所述的發光二極體，其中，所述氧化鎂層的厚度為1-15奈米。
- 如請求項1所述的發光二極體，其中，所述功能介質層覆蓋所述氧化鎂層的整個表面。
- 如請求項1所述的發光二極體，其中，所述功能介質層的厚度為20-40奈米。
- 如請求項1所述的發光二極體，其中，所述功能介質層的材料為氧化鋁、氧化鉿、氧化釔中的一種或幾種。
- 如請求項1所述的發光二極體，其中，進一步包括一第二氧化鎂層設置於所述絕緣基底與半導體奈米碳管層之間，且該第二氧化鎂層與半導體奈米碳管層接觸設置。
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