[發明專利]一種利用TiO2納米管陣列薄膜提高LED亮度的方法

有效

• 申請號: 201410239894.X
• 申請日: 2014-05-30
• 公開（公告）號: CN103996757A
• 公開（公告）日: 2014-08-20
• 發明（設計）人: 商毅博;付剛;繆炳有
• 申請（專利權）人: 西安神光皓瑞光電科技有限公司
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 倪金榮

技術領域

本發明屬于半導體晶體材料制備領域，具體涉及一種提高LED亮度的方法。

背景技術

LED已成為繼白熾燈、熒光燈和高強度氣體放電燈之后的第四代照明光源。與傳統的照明光源相比，LED半導體照明光源具有發光效率高、體積小、壽命長、節能、環保等優點。為了提高LED的發光效率，在外延段常見的方法有：外延橫向外延生長(ELOG)、微米級SiNx或SiOx圖形化掩膜和PSS。其中，ELOG方法過程如下：首先在襯底上外延生長一層幾個微米厚的GaN薄膜，然后在其上刻出所需的圖形窗口，使GaN部分露出，其它地方用掩膜遮住，放入氣相外延反應室中進行二次生長。由于形核能的差異，半導體薄膜只在刻蝕出的GaN窗口區生長，而在掩膜區不生長。當窗口區的半導體薄膜生長到一定厚度時，半導體薄膜會同時橫向生長，然后在掩膜區相互合并，形成連續的薄膜層。ELOG可以有效減小薄膜材料的位錯。其原理是利用生長過程中掩膜區發生位錯阻斷以及在窗口區橫向合并時位錯發生橫向彎曲，從而達到減少縱向生長方向位錯密度之目的。然而傳統的工藝比較復雜，需要中斷外延生長過程，并需要對wafer進行涂膠，曝光，顯影，蝕刻等工序，不僅繁瑣，還增加了wafer二次污染的幾率。

芯片段的制造工藝也對LED發光效率有很重要的影響，常見的芯片結構為正裝結構，即LED的P極和N極在同一面，且此面也為LED的出光面。隨著業內對LED出光率要求的不斷攀升，垂直結構LED和倒裝結構LED越來越成為人們關注的焦點。倒裝結構由于出光面在LED的背面，不受電極和ITO層的影響，所以具備光損耗小，光電性能穩定等優勢。倒裝結構的制備過程如下：首先，在制備完電極后，通過鍵合工藝，將電極鍵合至另一導電基板上，如Si等，實現LED芯片反轉。然后研磨藍寶石，將藍寶石厚度減薄至100um左右，再通過激光剝離技術，使與藍寶石襯底接觸的GaN分解，最終實現GaN與藍寶石的分離，得到倒裝結構LED。采用傳統方法制備倒裝結構LED，需要重新購買昂貴的激光設備，需要研磨藍寶石，既增加了設備成本，又無法重復使用藍寶石襯底，而且由于激光剝離技術還不成熟，也難保證產品生產的良率。因此，大多公司仍未敢涉足倒裝結構LED。

發明內容

為了解決背景技術中所存在的技術問題，本發明提出了一種利用TiO₂納米管陣列薄膜提高LED亮度的方法，有效結合橫向生長外延技術和倒裝結構芯片技術，以達到提高GaN基LED電光轉換效率的目的。并實現了襯底的重復使用，節約生產成本。

本發明的技術解決方案是：一種利用TiO₂納米管陣列薄膜提高LED亮度的方法，其特征在于：所述方法包括以下步驟：

1)將純鈦片制成圓片，依次用丙酮、去離子水清洗鈦片；

2)以氟化銨水溶液為電解液，碳棒為陰極，制備TiO₂納米管陣列薄膜；

3)將制備好的TiO₂納米管陣列薄膜與鈦襯底一起放入MOCVD中生長GaN；

4)用鍵合技術將制備完電極的GaN晶片鍵合到導電導熱的材料上；

5)將鍵合后的GaN晶片放入超聲中振蕩，剝離鈦襯底，完成倒裝；

上述步驟2)中的氟化銨水溶液濃度為0.1mol/L～0.7mol/L。

上述步驟2)中制備TiO₂納米管陣列薄膜的電壓為12伏～60伏。

上述步驟4)中導電導熱的材料是Si、陶瓷或PCB。

上述步驟1)中的純鈦片在完成步驟1)～5)之后可重復使用。

本發明采用陽極氧化法制備TiO₂納米管陣列薄膜，并以納米管陣列薄膜作為襯底進行外延生長。在外延生長過程中，半導體薄膜只能在納米管管口壁上生長，在管口的空洞區不能生長，參見圖1中黑色區域，納米管管口可視為掩膜部分。當管口壁生長的薄膜到達一定的厚度時，半導體薄膜將橫向生長，在納米管管口處相互合并，形成連續的薄膜層，有效的減少了GaN晶體的位錯密度，提高了LED光電轉換效率，增強發光強度。相比于傳統的ELOG方法，采用TiO₂納米管陣列作為襯底，工藝過程更為簡單，無需進行涂膠、曝光、蝕刻等步驟。