[發明專利]基于3D打印鐵磁層增強LED發光效率的方法

有效

• 申請號: 201610324296.1
• 申請日: 2016-05-17
• 公開（公告）號: CN105977348B
• 公開（公告）日: 2018-04-13
• 發明（設計）人: 盧太平;朱亞丹;趙廣洲;許并社
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00;H01L33/14;B22F3/115
• 代理公司: 太原科衛專利事務所(普通合伙)14100
• 代理人: 張彩琴

技術領域

本發明屬于光電子器件領域，具體是基于3D打印鐵磁層增強LED發光效率的方法。

背景技術

發光二極管（Light Emitting Diode，LED）具有高亮度、低能耗、長壽命、響應速度快及環保等特點，廣泛地應用于室內及路燈照明、交通信號以及戶外顯示、汽車車燈照明、液晶背光源等多個領域。

目前藍光GaN 基LED的內量子效率可達80％以上，綠光LED的內量子效率僅為40%。 但大功率藍光LED芯片的外量子效率通常只有40％左右，而綠光更低。制約外量子效率提高的主要因素是GaN界面與空氣界面發生全內反射造成光的提取效率較低，這是因為 GaN 材料的折射率2.5，空氣的折射率1，GaN與空氣界面發生全反射的臨界角是23.6°，即有源區產生的光只有少數能夠逃逸出體材料。目前國內外主要采用分布布喇格反射層 (DBR) 、圖形化襯底（PSS）、表面粗化和光子晶體等技術來提高芯片的光提取效率。PSS對圖形的規則度要求很高，加之藍寶石襯底比較堅硬，無論是干法刻蝕還是濕法刻蝕工藝，在整片圖形的一致性和均勻性上都有一定的難度，且制作過程對設備和工藝要求很高，導致成本偏高。DBR和光子晶體制作工藝相對復雜、成本較高，而表面粗化技術采用干法刻蝕或者濕法腐蝕工藝，也存在很大挑戰。

3D打印技術具有工藝步驟簡單、成型速度快、精密度高的特點。將這一理想工藝技術應用于LED器件的制備工藝中能夠簡化生產工藝，提高生產效率。

發明內容

本發明為了解決傳統技術在提高藍綠光LED光提取效率方面存在的問題，提供了一種基于3D打印鐵磁層增強LED發光效率的方法。

本發明是通過以下技術方案實現的：基于3D打印鐵磁層增強LED發光效率的方法，

步驟一：采用MOCVD或MBE生長具有低溫成核層、非故意摻雜層、n-GaN層、多周期的InGaN/GaN有源層及p-GaN層的外延片；

步驟二：于外延片上刻蝕出n型層臺面，刻蝕深度達到n-GaN層；

步驟三：根據結構設計編寫各3D打印頭的運動路徑程序，將清潔好的外延片作為基片放入3D打印機中，利用單個或陣列式3D反光鏡材料打印頭在p-GaN層上打印歐姆接觸反光鏡；

利用單個或陣列式3D n型電極材料打印頭在n型層臺面上打印n型電極；

利用單個或陣列式3D p型電極材料打印頭在歐姆接觸反光鏡上打印p型電極，且p型電極占據歐姆接觸反光鏡的三分之一；

利用單個或陣列式3D鐵磁材料打印頭在除p型電極外的其他歐姆接觸反光鏡上打印鐵磁材料層；

利用單個或陣列式3D鐵磁保護材料打印頭在鐵磁材料層上打印鐵磁材料保護層；

步驟四：將打印好鐵磁材料保護層的基片置于外磁場中進行磁化，磁化強度為0.5T-1.5T，溫度為100-300℃，時間為30-120min。

本發明采用3D打印鐵磁層來增強LED的發光效率，鐵磁材料層產生的磁場作用于多量子阱有源區，能夠將載流子局域在富In的區域，提高載流子的輻射復合率，從而提高發光效率。而且3D打印生產工藝簡單，能夠有效的提高生產效率。

附圖說明

圖1為本發明一種LED的制備流程圖。

圖2為按照圖1流程制備獲得的LED結構示意圖。

圖3為鐵磁材料層打印完成后LED的俯視圖。

具體實施方式

本發明在實現3D打印增強LED發光效率的過程中，采用的3D打印形式為熔融、激光燒結中的一種。采用熔融形式的3D打印時，各種打印材料實施步驟如下：

歐姆接觸反光鏡

將金屬鎳粉末加入到3D打印機的金屬鎳熔融腔中進行速熔，控制溫度在1453℃使其處于半固化狀態，從3D打印頭擠出后迅速固化，形成金屬鎳膜；將金屬銀粉末加入到3D打印機的金屬銀熔融腔中進行速熔，控制溫度在961℃使其處于半固化狀態，從3D打印頭擠出后迅速固化，形成金屬銀膜；將金屬鎳粉末加入到3D打印機的金屬鎳熔融腔中進行速熔，控制溫度在1453℃使其處于半固化狀態，從3D打印頭擠出后迅速固化，形成金屬鎳膜。為防止金屬氧化將打印頭和基片置于惰性氣體氛圍中。為了和p型層形成良好的歐姆接觸，在Ni/Ag/Ni薄膜打印完成后在空氣中退火處理，溫度為400-600℃（400℃、500℃或600℃）。

n型電極