[發明專利]一種在發光二極管表面制備納米尺度球形體結構的方法

有效

• 申請號: 201210335090.0
• 申請日: 2012-09-11
• 公開（公告）號: CN103682013A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 楊海方;劉哲;顧長志;夏曉翔;尹紅星
• 申請（專利權）人: 中國科學院物理研究所
• 主分類號: H01L33/20
• 分類號: H01L33/20
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 梁愛榮

技術領域

本發明涉及發光二極管發光與應用領域，特別涉及一種基于離子束刻蝕對發光二極管表面或襯底進行刻蝕，在發光二極管芯片表面或襯底上制備凸球或凹球的球形體結構，從而實現發光二極管光提取效率增強的方法。?

背景技術

在我們的日常生活中，發光二極管(LED)已經得到越來越多的應用。不管是作為顯示，照明，裝飾，還是指示用燈，都以其長壽命，低功耗，無污染等特點，廣泛應用于當今社會的諸多領域，同時，提高LED的發光效率也一直是一個熱點問題。提高LED發光效率的兩個基本途徑是提高其內量子效率和外量子效率，其中外量子效率為內量子效率與光提取效率的乘積。由于工藝進步和結構優化等原因，內量子效率已達到了較高水平，以GaN基藍光LED為例，其內量子效率已經達到了80％以上，因此，從內量子效率方面入手提高LED發光效率空間已經不是很大。LED外量子效率低的主要原因在于其光提取效率較低，因此，提高光提取率將是提高LED發光效率的主要途徑。由于LED內部半導體材料的折射率與外部介質材料的折射率有比較大的差距，當入射角大于臨界角的時候，入射光會因在界面處發生全發射被反射回LED內部，無法輻射出LED，從而導致LED的光提取效率(外量子效率)較低，其光提取效率可簡單的寫為：?對于GaN基LED，GaN的折射率為2.5，GaN半導體材料與空氣界面的臨界角約為23°，因此GaN基LED的光提取效率非常的低(約為4％)，這大大限制了GaN基LED的應用。?

近些年來，針對提高LED光提取效率的研究工作已有很多進展。其中主要包括LED芯片表面粗化、LED芯片塑形、嵌入周期性光子晶體、?梯度折射率增透薄膜、藍寶石基底圖形化等方面的研究。從應用范圍來看，表面粗化能夠有效提高光提取效率，也因此廣泛應用于商用高能LED中。跟據理論模擬計算，最有效的粗化結構應該是周期性的凸球或凹球結構，但目前的表面粗化結構主要利用濕法腐蝕的方法實現，如文獻“利用表面粗化實現GaN基發光二極管提取效率的增強(Increase?in?the?extraction?efficiency?of?GaN-based?light-emitting?diodes?via?surface?roughening)，載于《Applied?Physics?Letters》，2004，Vol.84，855-857所公開”，該方法實現的粗化結構為無規則的錐形結構，其粗化結構的形狀、尺寸及周期基本不可控，而由于加工上的難度，目前還沒有在LED表面制備周期性凸球或凹球的球形體結構的方法。?

發明內容

解決的技術問題：?

解決以往加工方法無法有效控制粗化結構的形狀、尺寸及周期，以及無法制備提取效率高的周期性凸球及凹球結構的缺陷，本發明的目的在于提供一種在發光二極管表面制備納米尺度球形體結構的方法。?

技術方案：?

為達到上述目的，本發明提供一種在發光二極管表面制備納米尺度球形體結構的方法，所述球形體結構的制備步驟如下：?

步驟S1：在發光二極管樣品表面上旋涂光刻膠，利用納米尺度圖形制備技術在光刻膠上制備圓形體結構光刻膠陣列圖形，并得到含有圓形體結構光刻膠陣列樣品；?

步驟S2：為了增加刻蝕比，利用蒸發工藝，在含有圓形體結構光刻膠陣列的樣品上生長一層金屬膜并溶脫，得到含有金屬圓形體結構陣列的樣品；?

步驟S3：利用離子束刻蝕方法，對含有圓形體結構光刻膠陣列樣品和含有金屬圓形體結構陣列的樣品進行刻蝕，得到含有球形體陣列結構的樣品；?

步驟S4：將含有球形體陣列結構的樣品置于去膠液或金屬腐蝕液中清洗，去除球形體陣列結構表面的光刻膠或金屬掩膜，實現在發光二極?管表面上制備出納米尺度的球形體結構。?

優選實施例，所述納米尺度圖形制備技術是能夠制備出直徑小于1μm的圓形體結構光刻膠陣列的電子束光刻、激光干涉、激光直寫、納米壓印技術中的一種。?

優選實施例，所述球形體結構是凸形球結構，或是凹形球結構。?

優選實施例，所述圓形體結構是圓形孔或圓形臺。?

優選實施例，所述發光二極管樣品表面是正裝發光二極管表面、倒裝發光二極管表面、發光二極管襯底中的一種。?

優選實施例，所述蒸發工藝為金屬沉積工藝，所述金屬沉積工藝是熱蒸發金屬、電子束蒸發金屬、濺射金屬沉積工藝中的一種。?

優選實施例，所述金屬膜是具有抗刻蝕能力，又能夠通過濕法腐蝕工藝去除的鉻、鋁、金中的一種。?