CN101281948A - 薄膜型光子晶格结构GaN基发光二极管的制备方法 - Google Patents

薄膜型光子晶格结构GaN基发光二极管的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN101281948A
CN101281948A CNA2008101051787A CN200810105178A CN101281948A CN 101281948 A CN101281948 A CN 101281948A CN A2008101051787 A CNA2008101051787 A CN A2008101051787A CN 200810105178 A CN200810105178 A CN 200810105178A CN 101281948 A CN101281948 A CN 101281948A
Authority
CN
China
Prior art keywords
lattice structure
gan
thin film
film type
preparation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CNA2008101051787A
Other languages
English (en)
Other versions
CN100561764C (zh
Inventor
康香宁
章蓓
包魁
代涛
张国义
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sinopower Semiconductor Co ltd
Original Assignee
Peking University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Peking University filed Critical Peking University
Priority to CNB2008101051787A priority Critical patent/CN100561764C/zh
Publication of CN101281948A publication Critical patent/CN101281948A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN100561764C publication Critical patent/CN100561764C/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Abstract

本发明公开了一种薄膜型光子晶格结构GaN基发光二极管的制备方法,属于GaN基发光二极管技术领域。该方法包括:在蓝宝石衬底上生长多层GaN基发光二极管材料,包括非掺杂的GaN层、n型GaN层、多量子阱、P型GaN层;在GaN基发光二极管材料上制备GaN基发光二极管;所述蓝宝石衬底上均匀涂布一层有机聚合物;利用压印模板,在上述有机聚合物上形成光子晶格结构;从上述带有光子晶格结构的有机聚合物一面,激光辐照所述蓝宝石衬底,至所述蓝宝石衬底与所述非掺杂的GaN层分离,同时,所述非掺杂的GaN层材料形成光子晶格结构,从而得到薄膜型光子晶格结构GaN基发光二极管。本发明适合大面积制备薄膜型光子晶格结构GaN基发光二极管,可产业化应用。

Description

薄膜型光子晶格结构GaN基发光二极管的制备方法
技术领域
本发明是关于GaN基发光二极管(LED)的制备方法,具体涉及一种薄膜型光子晶格结构GaN基发光二极管的制备方法。
背景技术
GaN基LED的出现和发展引起了一场席卷全球的固态照明革命,由于受内部全反射的限制,LED中产生的光大部分被禁锢在高折射率半导体内部,如何提高发光效率是发展LED面临的最大挑战,理论研究表明,实现半导体照明要突破的瓶颈就是要提高发光效率,这需要在科学和技术上的突破。由于GaN膜生长在蓝宝石等异质衬底上,材料质量较差导致内量子效率的提高空间有限。平坦表面的LED中产生的光大部分以导波模式被禁锢在高折射率半导体内部,能以辐射模式从界面出射的只占百分之几,因此光的提取效率空间很大,通常采用的方法有出光表面粗糙化、芯片改形以及引入反射镜等光学结构,但是理论和实验证明,利用光子晶体等表面微结构,通过光在其中的散射、衍射、反射等作用,可将以导波模式存在的光转变成辐射模式而提取出,目前该技术策略的效果最突出。
光子晶格是一种介质折射率在近波长尺度范围内发生周期性变化的微结构材料,其可产生光子带隙效应,通过改变光子晶格的几何结构参数对光子在其中的行为进行人工操纵,利用这种结构化材料可以制造出各种新型的微、纳米光子学器件。
但是由于GaN材料系稳定的物理、化学性质,在GaN系材料上制备微结构受到微/纳加工技术发展的制约,目前国内外该领域内所面临的主要问题是如何将GaN基微/纳光学结构转移到电注入的实用化器件上,并且目前所报道的光子晶体结构对出光效率的改善也有高有低,这说明其中尚有很多科学和技术问题需要解决。
激光剥离蓝宝石衬底技术克服了蓝宝石衬底不导电、刻蚀难及导热性差的性能,很大程度上提高了GaN基LED的光学、电学性能并降低了加工难度,尤其是使得在N型GaN上制备各种微结构成为可能,给微结构在提高LED出光效率方面创造了更大的发展空间。但是由于光子晶格的性能对其结构参数的变化非常敏感,致使光学波长范围内结构控制的容差很小,如何精准制备GaN基发光二极管的亚微米尺度的光子晶格,以目前的技术,对人们是极大的挑战。
发明内容
本发明克服了现有技术中的不足,提供了一种薄膜型光子晶格结构GaN基发光二极管的制备方法。
本发明的技术方案是:
一种薄膜型光子晶格结构GaN基发光二极管的制备方法,其步骤包括:
1)在蓝宝石衬底上,生长多层GaN基发光二极管材料,包括非掺杂的GaN层、n型GaN层、多量子阱、P型GaN层;
2)在GaN基发光二极管材料上制备GaN基发光二极管;
3)所述蓝宝石衬底上均匀涂布一层有机聚合物;
4)利用压印模板,在上述有机聚合物上形成光子晶格结构;
5)从上述带有光子晶格结构的有机聚合物一面,激光辐照所述蓝宝石衬底,至所述蓝宝石衬底与所述非掺杂的GaN层分离,同时,所述非掺杂的GaN层材料形成光子晶格结构,从而得到薄膜型光子晶格结构GaN基发光二极管。
所述有机聚合物可为紫外光敏聚合物。
所述有机聚合物的厚度可在0.1μm-10μm之间。
所述压印模板可采用聚二甲基硅氧烷、环氧树脂或硅胶材料。
所述压印模板在有机聚合物上压制出光子晶格结构后,接着用紫外光固化有机聚合物使其光子晶格结构定形。
所述光子晶格结构的晶格周期可为50nm-10μm范围内。
所述激光辐照的能量密度可为200mJ/cm2-800mJ/cm2
蓝宝石衬底的厚度可在60μm-400μm之间。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
利用本发明,在制备GaN基发光二极管过程中,剥离蓝宝石衬底的同时,将光子晶格图形转移至非掺杂GaN层上,无需二次刻蚀,方便、快捷地制备出薄膜型光子晶格结构GaN基发光二极管。
且,由于采用压印技术,本发明的光子晶格结构可包含,作用在光子带隙范围以上的光子晶体和其他各种尺度在发光波长量级的周期性的和准周期性的光子晶体以及无规的微、纳结构,本发明一方面降低了对微小结构制备的要求,适合大面积制备和产业化应用,另一方面发挥了微结构对出光效率改善的作用。
另外,在压印过程中采用软模板,可最大限度的保证光子晶格的图形尺寸、结构形貌等在传递过程中的精度。
附图说明
图1为GaN基LED芯片示意图;
图2为涂布有机聚合物步骤的示意图;
图3为有机聚合物上形成光子晶格图形结构示意图;
图4为激光辐照去除蓝宝石衬底,形成薄膜型光子晶格结构GaN基发光二极管示意图。
其中,1-GaN基发光二极管;2-非掺杂的GaN层;3-蓝宝石衬底;4-有机聚合物层;5-压印模板。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述:
一、制备GaN基发光二极管(LED)芯片
在蓝宝石衬底上采用外延技术生长包括非掺杂GaN层的GaN基LED材料,如图1所示。即在蓝宝石衬底上生长一层非掺杂GaN,其厚度为0.1-2μm。然后在非掺杂的GaN层上生长n型GaN层、多量子阱、P型GaN层,通过光刻、干法刻蚀、金属沉积等方法制备GaN基发光二极管(LED),形成蓝宝石衬底上的GaN基芯片。
其中,n型GaN层、多量子阱和P型GaN层的叠加顺序决定制备的发光二极管是正装型还是倒装型。
蓝宝石衬底可以抛光的,也可以是未抛光的,厚度在60-400μm。
二、在蓝宝石衬底上均匀涂布有机聚合物
将有机聚合物均匀的图布在蓝宝石衬底的背面,如图2所示,其中有机聚合物为可在紫外光辐照下固化的光敏聚合物,其对紫外光有一定的吸收,如2-苄基-2-二甲胺基-4-吗啉-、2-异丙氧基乙醇与、脂肪族环氧丙烯酸酯,混合比例(体积比)为10∶1-4∶1-3。有机聚合物的厚度在0.5μm-10μm。
三、制备压印模板并在有机聚合物上形成光子晶格结构
将设计好结构参数的光子晶格结构通过电子束曝光或紫外曝光方法及刻蚀方法在Si衬底上形成,再通过浇铸方法,获得压印所用的软模板,利用软模板在有机聚合物上压制出光子晶格结构,接着用紫外光固化有机聚合物使光子晶格结构定形,如图3所示。
其中软模板采用的是对紫外光吸收较少的、可以通过加热固化的材料,如:PDMS(聚二甲基硅氧烷)、环氧树脂或硅胶;
其中光子晶格的结构参数为:晶格周期在发光二极管波长附近,即0.1-10倍波长范围内。
3.激光辐照,去除蓝宝石衬底
按照一定的扫描方式,用脉冲激光辐照有机聚合物表面,将蓝宝石衬底和GaN基发光二极管分开,光子晶格结构将直接转移至非掺杂的GaN层上,获得薄膜型光子晶格结构GaN基发光二极管,如图4所示。
其中激光波长是介于蓝宝石和GaN带隙之间,激光辐照的能量密度为200-800mJ/cm2,稍高于无有机聚合物图形的蓝宝石衬底的剥离。
本发明中,上述实施例提供了一种优化了的薄膜型光子晶格结构GaN基发光二极管制备方案,本发明不仅局限于此实施例,可以根据实际需要和设计要求做出相应的修改,例如:
光子晶格结构的形貌可以是圆柱型、圆锥型、立方型、抛物线型等。晶格对称性可是严格周期性、准周期性。且可以是二维、三维。
此外,在制备好光子晶格结构的GaN发光二极管上还可以再制备金属或者介质反射镜,制备出具有高反射镜的薄膜型光子晶格结构GaN发光二极管。
以上通过详细实施例描述了本发明所提供的薄膜型光子晶格结构GaN基发光二极管制备方法,本领域的技术人员应当理解,在不脱离本发明实质的范围内,可以对本发明做一定的变形或修改。

Claims (8)

1、一种薄膜型光子晶格结构GaN基发光二极管的制备方法,其步骤包括:
1)在蓝宝石衬底上,生长多层GaN基发光二极管材料,包括非掺杂的GaN层、n型GaN层、多量子阱、P型GaN层;
2)在GaN基发光二极管材料上制备GaN基发光二极管;
3)所述蓝宝石衬底上均匀涂布一层有机聚合物;
4)利用压印模板,在上述有机聚合物上形成光子晶格结构;
5)从上述带有光子晶格结构的有机聚合物一面,激光辐照所述蓝宝石衬底,至所述蓝宝石衬底与所述非掺杂的GaN层分离,同时,所述非掺杂的GaN层材料形成光子晶格结构,从而得到薄膜型光子晶格结构GaN基发光二极管。
2、如权利要求1所述的薄膜型光子晶格结构GaN基发光二极管的制备方法,其特征在于,所述有机聚合物为紫外光敏聚合物。
3、如权利要求1或2所述的薄膜型光子晶格结构GaN基发光二极管的制备方法,其特征在于,所述有机聚合物的厚度在0.1μm-10μm之间。
4、如权利要求1或2所述的薄膜型光子晶格结构GaN基发光二极管的制备方法,其特征在于,所述压印模板采用聚二甲基硅氧烷、环氧树脂或硅胶材料。
5、如权利要求4所述的薄膜型光子晶格结构GaN基发光二极管的制备方法,其特征在于,所述压印模板在有机聚合物上压制出光子晶格结构后,接着用紫外光固化有机聚合物使其光子晶格结构定形。
6、如权利要求1或2所述的薄膜型光子晶格结构GaN基发光二极管的制备方法,其特征在于,所述光子晶格结构的晶格周期为50nm-10μm范围内。
7、如权利要求1或2所述的薄膜型光子晶格结构GaN基发光二极管的制备方法,其特征在于,所述激光辐照的能量密度为200mJ/cm2-800mJ/cm2
8、如权利要求1所述的薄膜型光子晶格结构GaN基发光二极管的制备方法,其特征在于,蓝宝石衬底的厚度在60μm-400μm之间。
CNB2008101051787A 2008-04-29 2008-04-29 薄膜型光子晶格结构GaN基发光二极管的制备方法 Expired - Fee Related CN100561764C (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNB2008101051787A CN100561764C (zh) 2008-04-29 2008-04-29 薄膜型光子晶格结构GaN基发光二极管的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNB2008101051787A CN100561764C (zh) 2008-04-29 2008-04-29 薄膜型光子晶格结构GaN基发光二极管的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101281948A true CN101281948A (zh) 2008-10-08
CN100561764C CN100561764C (zh) 2009-11-18

Family

ID=40014308

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB2008101051787A Expired - Fee Related CN100561764C (zh) 2008-04-29 2008-04-29 薄膜型光子晶格结构GaN基发光二极管的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN100561764C (zh)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101625981B (zh) * 2009-08-03 2011-01-19 南昌欣磊光电科技有限公司 一种高像素密度led显示模块及其制作方法
CN102117869A (zh) * 2011-01-21 2011-07-06 厦门市三安光电科技有限公司 一种剥离发光二极管衬底的方法
WO2016154956A1 (en) * 2015-04-01 2016-10-06 Goertek.Inc Transferring method, manufacturing method, device and electronic apparatus of micro-led
CN107978548A (zh) * 2017-11-20 2018-05-01 厦门市三安光电科技有限公司 微元件的巨量转移方法
CN108649046A (zh) * 2018-05-08 2018-10-12 厦门乾照光电股份有限公司 半导体发光微显示器件及其制造方法以及衬底剥离方法
WO2018196069A1 (zh) * 2017-04-28 2018-11-01 武汉华星光电技术有限公司 无机薄膜晶体管的制作方法、柔性显示装置
CN111521203A (zh) * 2020-07-02 2020-08-11 欧梯恩智能科技(苏州)有限公司 一种光子灵敏传感芯片

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1874012A (zh) * 2005-06-03 2006-12-06 北京大学 高亮度GaN基发光管芯片及其制备方法
CN1983649A (zh) * 2005-12-13 2007-06-20 北京大学 光子晶体和织构化薄膜转印提高led出光效率的方法

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101625981B (zh) * 2009-08-03 2011-01-19 南昌欣磊光电科技有限公司 一种高像素密度led显示模块及其制作方法
CN102117869A (zh) * 2011-01-21 2011-07-06 厦门市三安光电科技有限公司 一种剥离发光二极管衬底的方法
CN102117869B (zh) * 2011-01-21 2013-12-11 厦门市三安光电科技有限公司 一种剥离发光二极管衬底的方法
WO2016154956A1 (en) * 2015-04-01 2016-10-06 Goertek.Inc Transferring method, manufacturing method, device and electronic apparatus of micro-led
JP2017537476A (ja) * 2015-04-01 2017-12-14 ゴルテック.インク マイクロ発光ダイオードの転写方法、製造方法、装置及び電子機器
US10020293B2 (en) 2015-04-01 2018-07-10 Goertek Inc. Transferring method, manufacturing method, device and electronic apparatus of micro-LED
WO2018196069A1 (zh) * 2017-04-28 2018-11-01 武汉华星光电技术有限公司 无机薄膜晶体管的制作方法、柔性显示装置
CN107978548A (zh) * 2017-11-20 2018-05-01 厦门市三安光电科技有限公司 微元件的巨量转移方法
WO2019095659A1 (zh) * 2017-11-20 2019-05-23 厦门市三安光电科技有限公司 微元件的巨量转移方法
CN107978548B (zh) * 2017-11-20 2019-07-05 厦门市三安光电科技有限公司 微元件的巨量转移方法
CN108649046A (zh) * 2018-05-08 2018-10-12 厦门乾照光电股份有限公司 半导体发光微显示器件及其制造方法以及衬底剥离方法
CN111521203A (zh) * 2020-07-02 2020-08-11 欧梯恩智能科技(苏州)有限公司 一种光子灵敏传感芯片

Also Published As

Publication number Publication date
CN100561764C (zh) 2009-11-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100561764C (zh) 薄膜型光子晶格结构GaN基发光二极管的制备方法
KR101233062B1 (ko) 나노 급 패턴이 형성된 고효율 질화물계 발광다이오드용 기판의 제조방법
KR101233063B1 (ko) 나노 급 패턴이 형성된 고효율 질화물계 발광다이오드용 기판의 제조방법
CN103474530B (zh) 发光二极管
CN103762287B (zh) 一种新型图形化衬底及其制备方法
KR20070063731A (ko) 나노 패턴이 형성된 기판의 제조방법 및 그 기판을 이용한발광소자
US20110155999A1 (en) Semiconductor light-emitting devices having concave microstructures providing improved light extraction efficiency and method for producing same
JP2007142483A (ja) 発光素子
US20150318434A1 (en) Backside transparent substrate roughening for uv light emitting diode
Trieu et al. Study of top and bottom photonic gratings on GaN LED with error grating models
CN103035785B (zh) 发光二极管的制备方法
KR101233768B1 (ko) 나노 임프린트 몰드 제조방법, 이 방법에 의해 제조된 나노 임프린트 몰드를 이용한 발광다이오드 제조방법 및 이 방법에 의해 제조된 발광다이오드
CN103035786B (zh) 发光二极管的制备方法
Bao et al. Improvement of light extraction from patterned polymer encapsulated GaN-based flip-chip light-emitting diodes by imprinting
CN103035800B (zh) 发光二极管
CN101872820B (zh) 具有纳米结构插入层的GaN基LED
KR100957570B1 (ko) 고효율 발광 다이오드용 기판의 제조방법
KR20160092635A (ko) 나노 임프린트 몰드 제조방법, 이 방법에 의해 제조된 나노 임프린트 몰드를 이용한 발광다이오드 제조방법 및 이 방법에 의해 제조된 발광다이오드
KR20090116212A (ko) 고효율 발광 다이오드용 사파이어 기판의 제조방법
Lee et al. The influence of nanoimprinting surface structures on the optical efficiency of GaN-based LEDs
KR101221075B1 (ko) 나노 임프린트를 이용한 질화갈륨계 발광 다이오드 제조방법과 이를 통해 제조된 발광 다이오드 소자
CN103682013B (zh) 一种在发光二极管表面制备纳米尺度球形体结构的方法
WO2013158038A1 (en) Hemispherical microstructure arrays for gan-based light emitting diodes and method for forming the arrays
CN112750924A (zh) 具有自体光子晶体结构的紫外发光二极管芯片的制备方法
CN1881626A (zh) 光子微结构GaN基蓝光发光二极管的制作方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
ASS Succession or assignment of patent right

Owner name: DONGGUAN INSTITUTE OF OPTO-ELECTRONICS PEKING UNIV

Free format text: FORMER OWNER: BEIJING UNIV.

Effective date: 20131202

C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
COR Change of bibliographic data

Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 100871 HAIDIAN, BEIJING TO: 523808 DONGGUAN, GUANGDONG PROVINCE

TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20131202

Address after: 523808 Guangdong province Dongguan Songshan Lake high tech Industrial Development Zone Technology Park Building 4 Building 417, room 418

Patentee after: DONGGUAN INSTITUTE OF OPTO-ELECTRONICS PEKING University

Address before: 100871 Beijing the Summer Palace Road, Haidian District, No. 5

Patentee before: Peking University

TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20170825

Address after: 523000, building 4, building 1, building 407, innovation and Technology Park, Songshan hi tech Industrial Development Zone, Dongguan, Guangdong

Patentee after: Dongguan Yanyuan Investment Co.,Ltd.

Address before: 523808 Guangdong province Dongguan Songshan Lake high tech Industrial Development Zone Technology Park Building 4 Building 417, room 418

Patentee before: Dongguan Institute of Opto-Electronics Peking University

TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20171221

Address after: Wujiang District of Suzhou City, Jiangsu province 215000 Lili town FENHU Road No. 558

Patentee after: SINOPOWER SEMICONDUCTOR CO.,LTD.

Address before: 523000, building 4, building 1, building 407, innovation and Technology Park, Songshan hi tech Industrial Development Zone, Dongguan, Guangdong

Patentee before: Dongguan Yanyuan Investment Co.,Ltd.

TR01 Transfer of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20091118

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee