TWI557940B - 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，然選用這些材料時一般會增設一活性層，使得P型半導體層中的電洞與存在於N型半導體層中的電子發生複合而發光，所以，採用以上材料製備的發光二極體結構複雜。
有鑒於此，提供一種結構簡單，發光效率較高的發光二極體實為必要。
一種發光二極體，其包括：一絕緣基底；一P型半導體層，所述P型半導體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P型半導體層電連接；一半導體奈米碳管層，該半導體奈米碳管層設置於P型半導體層遠離絕緣基底的表面並延伸至P型半導體層外一部份，該半導體奈米碳管層與第一電極絕緣設置；一第二電極，該第二電極與所述第一電極間隔設置，並與所述半導體奈米碳管層延伸至P型半導體層外的部份電連接，且與P型半導體層絕緣設置；其中，進一步包括一氧化鎂層，該氧化鎂層設置於所述半導體奈米碳管層遠離所述P型半導體層的表面，並與該半導體奈米碳管層接觸設置；一功能介質層，該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中，由於所述半導體奈米碳管層是複數奈米碳管組成的導電網路結構，該半導體奈米碳管層的結構使得半導體奈米碳管層可同時作為一活性層，為電洞和電子發生複合提供場所，製備結構簡單；該發光二極體中由於半導體奈米碳管層覆蓋於P型半導體層的整個表面，增大了N型半導體與P型半導體的接觸面積，發光效率提高。
圖1為本發明提供的發光二極體的剖視圖。
圖2為本發明發光二極體中半導體奈米碳管層的掃描電鏡照片。
圖3為本發明發光二極體中的絕緣基底的俯視圖。
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，本發明提供一種發光二極體10，其包括：一絕緣基底110、一P型半導體層120、一半導體奈米碳管層130、一氧化鎂層140、一功能介質層150、一第一電極160以及一第二電極170。
所述P型半導體層120設置於所述絕緣基底110的表面。所述第一電極160與P型半導體層120電連接。所述半導體奈米碳管層130設置於P型半導體層120遠離絕緣基底110的表面。所述氧化鎂層140設置於所述半導體奈米碳管層130遠離P型半導體層120的表面，所述功能介質層150設置於所述氧化鎂層140遠離P型半導體層120的表面。所述氧化鎂層140連續且直接附著於所述半導體奈米碳管層130的表面。所述P型半導體層120與所述半導體奈米碳管層130構成一PN結。所述第二電極170與第一電極160間隔設置，並與半導體奈米碳管層130電連接。
具體地，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P型半導體層120設置於所述絕緣基底110的表面，具體地，所述P型半導體層120設置於所述第一電極160遠離絕緣基底110的表面。所述P型半導體層120的厚度可根據需要製備。所述P型半導體層120的厚度可為20奈米。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。本實施例中，所述P型半導體層120為鎂(Mg)摻雜的P型氮化鎵，其厚度為10奈米。
所述半導體奈米碳管層130為一整體結構，該半導體奈米碳管層130設置於P型半導體層120遠離絕緣基底110的表面。進一步，所述半導體奈米碳管層130設置於P型半導體層120遠離絕緣基底110的表面並延伸至P型半導體層120外一部份。所述半導體奈米碳管層130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130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130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130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多根平行排列的奈米碳管線組成。所述半導體奈米碳管層130可由單層或多層奈米碳管組成。所述半導體奈米碳管層130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130也可形成在一絕緣支撐體的表面。
所述半導體奈米碳管層130整體上表現為半導體性質。所述半導體奈米碳管層130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130由純半導體性的奈米碳管組成。所述半導體奈米碳管層130可由多根交錯排列的單壁奈米碳管組成。該半導體奈米碳管層130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130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130是由單層單壁奈米碳管組成，該半導體奈米碳管層130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130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130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130厚度為1.2奈米。
所述氧化鎂層140設置於所述半導體奈米碳管層130遠離絕緣基底110的表面，並與半導體奈米碳管層130接觸設置。具體地，所述氧化鎂層140連續且直接附著於所述半導體奈米碳管層130的表面，所述氧化鎂層140附著於半導體奈米碳管層130表面的面積大於80%。優選地，所述氧化鎂層140附著於半導體奈米碳管層130的整個表面，以確保半導體奈米碳管層130中的奈米碳管與空氣隔絕。
所述氧化鎂層140可隔絕所述半導體奈米碳管層130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130中的水分子。該氧化鎂層140降低了水分子與半導體奈米碳管層130中電子結合的幾率，從而使得所述半導體奈米碳管層130中的電子數量提高，並相應降低了半導體奈米碳管層130中的電洞數量。所以，所述氧化鎂層140可增加半導體奈米碳管層的N型特性，並相應降低半導體奈米碳管層130的P型特性。進而，在所述半導體奈米碳管層130設置一氧化鎂層140後，該氧化鎂層140可顯著降低半導體奈米碳管層130的P型特性，並使得半導體奈米碳管層130的N型特性進一步顯著增加。
所述氧化鎂層140的厚度為大於1奈米。優選地，該氧化鎂層140的厚度為1-10奈米。可以理解，所述氧化鎂層140的厚度越大，其結構就會越穩定，降低半導體奈米碳管層130電洞數量越顯著。本實施例中，所述氧化鎂層140的厚度為10奈米。
所述功能介質層150設置於所述氧化鎂層140遠離絕緣基底110的表面。所述“功能介質層”是指具有對該半導體奈米碳管層130進行電子摻雜，並具有隔絕空氣中的氧氣和水分子的功能的介質層。進而，符合上述條件的材料均適用於功能介質層150，如氧化鋁、氧化鉿、氧化釔等。具體地，由於所述功能介質層150的結構緻密，該功能介質層150可使得所述半導體奈米碳管層130與空氣中的氧氣與水分子隔絕；所述功能介質層150的結構中存在正電荷缺陷，可對所述半導體奈米碳管層130進行電子摻雜，從而使得半導體奈米碳管層130被功能介質層150覆蓋的區域II具有N型特性。所述功能介質層150的厚度為20-40奈米。優選地，該功能介質層150的厚度為25-30奈米。本實施例中，所述功能介質層150的材料為氧化鋁，所述功能介質層150的厚度為30奈米。
所述第一電極160與第二電極170間隔設置，所述第一電極160與P型半導體層120電連接，所述第二電極170與所述半導體奈米碳管層130電連接。進一步，所述第二電極170與所述半導體奈米碳管層130延伸至P型半導體層外的部份與電連接，且與P型半導體層120絕緣設置。所述第一電極160、第二電極170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。請一併參閱圖3，所述絕緣基底110的表面包括兩區域I和II。所述P型半導體層120設置於該區域I的表面。本實施例中，所述第一電極160、第二電極170均為雙層結構，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。
進一步，在半導體奈米碳管層130與絕緣基底110之間可設置一絕緣層180，該絕緣層180分別與絕緣基底110、半導體奈米碳管層130接觸設置。所述絕緣層180直接設置於所述絕緣基底110區域II的表面，且所述絕緣層180與設置於區域I表面P型半導體層120並排設置。進一步，所述絕緣層180可用於支撐半導體奈米碳管層130延伸至P型半導體層120外的部份，使得半導體奈米碳管層130延伸的部份設置於絕緣層180遠離絕緣基底110的表面，以確保該半導體奈米碳管層130與所述第一電極160絕緣設置。進一步，所述絕緣層180遠離絕緣基底110的表面與所述P型半導體層120遠離絕緣基底110的表面可共面。優選地，所述絕緣層180遠離絕緣基底110的表面的水平面高度大於等於所述P型半導體層120遠離絕緣基底110的表面的水平面高度，以確保所述半導體奈米碳管層130與第一電極160為間隔設置。
所述絕緣層180起支撐作用，該絕緣層180的材料不限，可選擇氧化鋁、氧化鉿、氮化矽、氧化矽等硬性材料，也可選擇苯並環丁烯(BCB)、聚酯或丙烯酸樹脂等柔性材料。該絕緣層180的厚度可根據需要選擇。本實施例中，所述絕緣層180的材料為氧化鋁，所述絕緣層180的厚度為70奈米。
使用時，所述半導體奈米碳管層130與所述P型半導體層120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P型半導體層120中的電洞注入到所述半導體奈米碳管層130中，所述半導體奈米碳管層130中的電子與注入的P型半導體層120的電洞發生複合，這時，半導體奈米碳管層130的導電網路結構使得該半導體奈米碳管層130可同時作為一活性層，為電子和電洞複合提供場所，而複合時產生的能量則以光的形式釋放。
本發明提供的發光二極體10，由於所述半導體奈米碳管層130是複數奈米碳管組成的導電網路結構，該半導體奈米碳管層130的結構使得半導體奈米碳管層130可同時作為一活性層，為電洞和電子發生複合提供場所，製備結構簡單；該發光二極體中由於半導體奈米碳管層130覆蓋於P型半導體層120的整個表面，增大了N型半導體與P型半導體的接觸面積，發光效率提高。
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
絕緣基底：110
P型半導體層：120
半導體奈米碳管層：130
氧化鎂層：140
功能介質層：150
第一電極：160
第二電極：170
絕緣層：180
無
發光二極體：10
絕緣基底：110
P型半導體層：120
半導體奈米碳管層：130
氧化鎂層：140
功能介質層：150
第一電極：160
第二電極：170
絕緣層：180
Claims (10)
- 一種發光二極體，其包括：
一絕緣基底；
一P型半導體層，所述P型半導體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P型半導體層電連接；
一半導體奈米碳管層，該半導體奈米碳管層設置於P型半導體層遠離絕緣基底的表面並延伸至P型半導體層外一部份，該半導體奈米碳管層與第一電極絕緣設置；
一第二電極，該第二電極與所述第一電極間隔設置，並與所述半導體奈米碳管層延伸至P型半導體層外的部份電連接，且與P型半導體層絕緣設置；
其改進在於，進一步包括：
一氧化鎂層，該氧化鎂層設置於所述半導體奈米碳管層遠離所述P型半導體層的表面，並與該半導體奈米碳管層接觸設置；
一功能介質層，該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，所述半導體奈米碳管層為一整體自支撐結構。
- 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是複數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奈米-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奈米-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，進一步包括一絕緣層，該絕緣層與P型半導體並排設置於所述絕緣基底的表面，且所述半導體奈米碳管層延伸至P型半導體層外的部份覆蓋該絕緣層遠離基底的表面。
- 一種發光二極體，其包括：
一P型半導體層；
一半導體奈米碳管層，該半導體奈米碳管層設置於P型半導體層表面；
一第一電極，所述第一電極與P型半導體層電連接；
一第二電極，該第二電極與所述第一電極間隔設置，並與所述半導體奈米碳管層電連接；
其改進在於，進一步包括：
一氧化鎂層，該氧化鎂層設置於所述半導體奈米碳管層遠離P型半導體層的表面，並與該半導體奈米碳管層接觸設置；
一功能介質層，該功能介質層設置於所述氧化鎂層遠離P型半導體層的表面。
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