发光二极管、发光二极管发光效率和强度的调制方法技术

本发明专利技术提供一种发光二极管发光效率和强度的调制方法，通过在N型区和/或P型区的材料具有压电性的发光二极管上施加应力使发光二极管发生形变,形变引起的压电场对发光二极管的发光效率和强度进行调制。相应的，本发明专利技术还提供一种发光二极管。本发明专利技术通过在PN结发光二极管中引入合适的应力，对发光二极管能带进行调制，增加二极管中用于电光转换的电流，同时在PN结附近引入能带弯曲。弯曲形成的电子和空穴势阱可以将载流子吸引并束缚到PN结附近，局域的电子和空穴浓度的增加和束缚会使电子和空穴复合效率增加，从而增加发光二极管的内量子效率。

【技术实现步骤摘要】
发光二极管、发光二极管发光效率和强度的调制方法
本专利技术涉及半导体器件领域，特别涉及一种发光二极管和发光二极管发光效率和强度的调制方法。
技术介绍
半导体发光二极管在化学、生物、医学和军事领域具有广泛的应用，内部光量子效率和光取出效率是影响发光二极管效率的两项重要因素。发光二极管的内量子效率反应了注入电子转换为光子的效率。光取出效率反应了发光光子从发光二极管发射出去的效率。外量子效率是实际发射出的光子与注入电子的比值，由内量子效率和光取出效率共同决定。发光二极管的发光强度是注入电子数目、外量子效率和单个光子能量的乘积。由于全内反射效应引起光取出效率低，基于简单PN结型的半导体薄膜发光二极管的内量子效率虽然可达到80%，但外量子效率只有3%左右。基于纳米线或纳米棒与薄膜形成的复合结构的发光二极管可以避免全内反射效应从而显著提高光取出效率。然而已有报道中基于微纳米线的紫外发光二极管的发光效率只有~2%，甚至低于薄膜型的紫外发光二极管。可能由于微纳米线结构中较多的表面和晶体缺陷使基于微纳米线的发光二极管的内量子效率降低所致。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种发光二极管发光效率和强度的调制方法，克服现有技术中发光二极管内量子效率和光取出效率低的问题。为实现上述目的，本专利技术提供一种发光二极管发光效率和强度的调制方法，所述发光二极管的N型区和/或P型区的材料具有压电性,在所述发光二极管上施加应力使发光二极管发生形变,所述形变引起的压电场对发光二极管的发光效率和强度进行调制。优选地，所述发光二极管由半导体薄膜和半导体薄膜上的压电微纳米线组成，所述压电微纳米线基本垂直于所述半导体薄膜，所述在所述发光二极管上施加应力使发光二极管发生形变步骤具体为，在所述压电微纳米线的顶端施加应力，使所述微纳米线发生形变。优选地，所述发光二极管由半导体薄膜和压电微纳米线组成，所述压电微纳米线平行于所述半导体薄膜并且部分固定在所述半导体薄膜上，所述在所述发光二极管上施加应力使发光二极管发生形变步骤具体为，在所述压电微纳米线的两端施加弯折力，使发光二极管发生形变；或者，在所述压电微纳米线上施加基本垂直与所述半导体薄膜的应力，使发光二极管发生形变。优选地，所述发光二极管由P型半导体薄膜和N型半导体薄膜层叠形成，所述在所述发光二极管上施加应力使发光二极管发生形变步骤具体为，在所述发光二极管的两端施加压应力，施加应力的方向与通过发光二极管PN结电流方向基本平行。优选地，所述发光二极管由p-型半导体薄膜和n-型宽禁带直接带隙半导体微纳米线组成。相应地，本专利技术还提供一种发光二极管，所述发光二极管的N型区和/或P型区的材料具有压电性；在所述发光二极管上施加应力时，发光二极管PN结区的能带结构受到所述应力产生的压电势的调制。优选地，所述发光二极管的结构为：基底上的半导体薄膜；所述半导体薄膜上的压电微纳米线和底电极，所述压电微纳米线基本垂直于所述半导体薄膜；所述半导体薄膜与压电微纳米线的掺杂类型相反；所述压电微纳米线上的顶电极。优选地，所述发光二极管的结构为：基底上相隔设置的半导体薄膜和导电体；所述半导体薄膜和导电体上的压电微纳米线，所述压电微纳米线平行于所述半导体薄膜并且部分固定在所述半导体薄膜上；所述半导体薄膜与压电微纳米线的掺杂类型相反；所述压电微纳米线上的顶电极；所述半导体薄膜上的底电极。优选地，所述发光二极管的结构为：塑性基底上的相隔设置两个导电体；两个所述导电体上的压电微纳米线，所述压电微纳米线横跨在两个所述导电体之间的沟槽上；所述压电微纳米线上的半导体薄膜，所述半导体薄膜与压电微纳米线的掺杂类型相反；所述压电微纳米线上的顶电极；所述半导体薄膜上的底电极。优选地，所述半导体薄膜为p-型半导体，所述压电微纳米线为n-型宽禁带直接带隙半导体。优选地，所述发光二极管的结构为：基底上的第一半导体薄膜层；所述第一半导体薄膜层上的第二半导体薄膜层和底电极，其中，所述第一半导体薄膜层和第二半导体薄膜层的掺杂类型相反；所述第二半导体薄膜层上的顶电极。与现有技术相比，本专利技术具有的有益效果是：本专利技术提供的发光二极管发光效率和强度的调制方法，通过在N型区和/或P型区的材料具有压电性的发光二极管上施加应力使发光二极管发生形变,形变引起的压电场对发光二极管的发光效率和强度进行调制。本专利技术通过在PN结发光二极管中引入合适的应力，对发光二极管能带进行调制，增加二极管中用于电光转换的电流，同时在PN结附近引入能带弯曲。弯曲形成的电子和空穴势阱可以将载流子吸引并束缚到PN结附近，局域的电子和空穴浓度的增加和束缚会使电子和空穴复合效率增加，从而增加发光二极管的内量子效率。同时，通过使用半导体纳米线可以减少全反射引起的光取出损耗，从而增加光取出效率。本专利技术在光电子、信息科学、环境和能源、生物医学和材料科学等方面有广泛的应用前景。另外，采用可弯曲的塑性衬底的发光二极管，可以通过衬底的弯曲变形，调制发光二极管的发光强度和效率。附图说明通过附图所示，本专利技术的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本专利技术的主旨。图1为本专利技术发光二极管的发光强度和效率的调制方法流程图；图2为发光二极管的发光强度和效率的调制方法实施例一的示意图；图3a和图3b为发光二极管的发光强度和效率的调制方法实施例二的示意图；图4为发光二极管的发光强度和效率的调制方法实施例三的示意图；图5为本专利技术的发光二极管实施例四的结构示意图；图6为本专利技术的发光二极管实施例五的结构示意图；图7为本专利技术的发光二极管实施例六的结构示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。其次，本专利技术结合示意图进行详细描述，在详述本专利技术实施例时，为便于说明，所述示意图只是示例，其在此不应限制本专利技术保护的范围。为克服现有技术中发光二极管内量子效率和光取出效率低的问题，本专利技术提供一种发光二极管发光效率和强度的调制方法。该方法的技术方案为：在由压电材料形成的发光二极管上施加应力，利用应力引起的压电场对发光二极管的PN结区的能带结构的改变来进行发光强度和效率的调制。本专利技术的发光二极管发光效率和强度的调制方法，适用于所述发光二极管的N型区和/或P型区的材料具有压电性，具体流程参见图1，包括步骤：在所述发光二极管上施加应力使发光二极管发生形变；所述形变引起的压电场对发光二极管的发光效率和强度进行调制。实施例一：本实施例的发光二极管发光效率和强度的调制方法中，所述发光二极管由半导体薄膜和半导体薄膜上的压电微纳米线组成，参见图2，半导体薄膜130和导电玻璃100相隔设置基底120上，导电玻璃100的厚度与半导体薄膜120基本相同，在半导体薄膜130和导电玻璃100形成一沟槽，压电微纳米线160平行于半导体薄膜并横跨在所述沟槽上，即压电微纳米线160的一端固定在半导体薄膜130上，另一端固定在导电玻璃100上，压电微纳米线160与半导体薄膜1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发光二极管发光效率和强度的调制方法，其特征在于，所述发光二极管的N型区和/或P型区的材料具有压电性,在所述发光二极管上施加应力使发光二极管发生形变,所述形变引起的压电场对发光二极管的发光效率和强度进行调制。

【技术特征摘要】
1.一种发光二极管发光效率和强度的调制方法，其特征在于，所述发光二极管的N型区和/或P型区的材料具有压电性,在所述发光二极管上施加应力使发光二极管发生形变,所述形变引起的压电场对发光二极管的发光效率和强度进行调制；其中，所述发光二极管结构为：基底上的半导体薄膜；所述半导体薄膜上的压电微纳米线和底电极，所述压电微纳米线基本垂直于所述半导体薄膜；所述半导体薄膜与压电微纳米线的掺杂类型相反；所述压电微纳米线上的顶电极；所述在所述发光二极管上施加应力使发光二极管发生形变步骤具体为，在所述压电微纳米线的顶端施加应力，使所述微纳米线发生形变。2.一种发光二极管发光效率和强度的调制方法，其特征在于，所述发光二极管的N型区和/或P型区的材料具有压电性,在所述发光二极管上施加应力使发光二极管发生形变,所述形变引起的压电场对发光二极管的发光效率和强度进行调制；其中，所述发光二极管结构为：基底上相隔设置的半导体薄膜和导电体；所述半导体薄膜和导电体上的压电微纳米线，所述压电微纳米线平行于所述半导体薄膜并且部分固定在所述半导体薄膜上；所述半导体薄膜与压电微纳米线的掺杂类型相反；所述压电微纳米线上的顶电极；所述半导体薄膜上的底电极；所述在所述发光二极管上施加应力使发光二极管发生形变步骤具体为，在所述压电微纳米线的两端施加弯折力，使发光二极管发生形变；或者，在所述压电微纳米线上施加基本垂直于所述半导体薄膜的应力，使发光二极管发生形变。3.一种发光二极管发光效率和强度的调制方法，其特征在于，所述发光二极管的N型区和/或P型区的材料具有压电性,在所述发光二极管上施加应力使发光二极管发生形变,所述形变引起的压电场对发光二极管的发光效率和强度进行调制；其中，所述发光二极管结构为：塑性基底上的相隔设置两个导电体；两个所述导电体上的压电微纳米线，所述压电微纳米线横跨在两个所述导电体之间的沟槽上；所述压电微纳米线上的半导体薄膜，所述半导体薄膜与压电微纳米线的掺杂类型相反；所述压电微纳米线上的顶电极；...

【专利技术属性】
技术研发人员：王中林，杨青，
申请(专利权)人：国家纳米科学中心，
类型：发明
国别省市：北京;11