CN101826587A - 作为提高led出光效率微透镜的聚苯乙烯半球的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种作为提高LED出光效率微透镜的聚苯乙烯半球制备方法，包括：(1)按常规MOCVD生长LED外延片的方法在衬底上依次外延生长N型接触层、多量子阱有源区和P型接触层，形成外延片；(2)在外延片上按常规工艺制备P电极、N电极和半切；(3)在处理的外延片上P电极一面铺设一层由聚苯乙烯球紧密排布组成的单层膜，聚苯乙烯球的直径为100nm-1um；(4)将铺满PS球的外延片在110℃-120℃下烘烤5秒-60秒，5秒-10秒内冷却到室温，得到周期性排列的聚苯乙烯半球。本发明使用聚苯乙烯球排列的单层膜经烘烤得到PS半球的周期性阵列，并作为微透镜来提高LED的出光效率，具有成本低、简单易行、可控性高、均匀性好、能够实现周期性排列的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用聚苯乙烯(PS)半球作为微透镜提高LED出光效率的方法，属于发光二极管制作技术领域。
背景技术
LED具有发光寿命长，可靠性高，对环境友好，体积小，响应速度快等优点，被越来越多的用于信息显示、图像处理，照明光学系统中。随着半导体技术的发展，大功率LED的出现，LED的功率在不断的提高，但是在光电转换效率方面，还有很大的提升空间。
提高LED效率的途径一般有两种，一种是提高LED的内量子效率，这与外延片的质量和结构有关；第二种途径是提高光的提取效率。发光二极管内量子效率比较高，蓝光LED的内量子效率可以达到为60％-70％，而红光LED的内量子效率可以高达99％。因此要想提高LED的光电转换效率，比较有效的方法是提高光的提取效率。
影响LED光的提取效率的主要原因是，有源区产生的光大部分由于空气与半导体界面的全内反射而被限制在半导体中，无法提取出来，粗略估计，只有1/4n2的光能够被提取出来，GaP的折射率约为3.5，据相关资料报道，只有约2％的光被提取出；GaN的折射率约为2.5，只有约4％的光可以被提取出来。
利用折射率介于外延片和空气之间的材料制作半球状的微透镜的方法，成为一种比较好的提高出光效率的方法。一方面由于折射率的改变使得全反射角增大，增加了从有源区出射到微透镜的光的量；另一方面由于微透镜的作用增加了光从微透镜向空气中出射的面积；同时光从微透镜出射到空气，由于界面为球面，使得光基本从法线方向出射，增加了出光的几率。例如2007年Ming-Kwei Lee等人采用聚焦离子束刻蚀的方法在倒装的GaN基LED的蓝宝石衬底上制备了微透镜的周期性阵列结构(APPLIED PHYSICS LETTERS 91，051111(2007))，但是这种方法存在设备昂贵，易对表面引入损伤，需要掩膜，较难做到纳米级结构等缺点；2008年他们再用液相沉积法在蓝光LED表面制备了亚微米级的二氧化硅的半球结构，作为微透镜增加了出光的效率(APPLIED PHYSICS LETTERS 92，061103(2008))，但是此方法存在二氧化硅半球覆盖面积小，排列杂乱无序，不成周期性等缺点。
发明内容
本发明针对现有利用微透镜提高LED出光效率技术所存在的不足，提供一种成本低、简单易行、可控性高、均匀性好、能够实现周期性排列的作为提高LED出光效率微透镜的聚苯乙烯半球的制备方法。
本发明的聚苯乙烯半球的制备方法，包括以下步骤：
(1)按常规金属有机化学气相沉积(MOCVD)生长LED外延片的方法在衬底上依次外延生长N型接触层、多量子阱有源区和P型接触层，形成外延片；
(2)在外延片上按常规工艺制备P电极、N电极和半切；
(3)在经过步骤(2)处理的外延片上P电极一面铺设一层由聚苯乙烯(PS)球紧密排布组成的单层膜，聚苯乙烯球的直径为100nm-1um；聚苯乙烯(PS)球可为六方紧密排布、四方紧密排布或随机排布；
(4)将铺满PS球的外延片在110℃-120℃下烘烤5秒钟-60秒钟，然后使其在5秒钟-10秒钟内急速冷却到室温，得到周期性排列的聚苯乙烯半球。
本发明使用聚苯乙烯(PS)球排列的单层膜经烘烤得到不同程度的PS半球的周期性阵列，以此作为微透镜来提高LED的出光效率，具有成本低、简单易行、可控性高、均匀性好、能够实现周期性排列的特点。
附图说明
图1是本发明聚苯乙烯半球制备步骤的流程示意图。
图2是本发明聚苯乙烯半球制备步骤的图解示意图。
其中：1、衬底，2、N型接触层，3、多量子阱有源区，4、P型接触层，5、P电极，6、周期阵列的PS球，7、周期性阵列的PS半球。
具体实施方式
实施例1
如图1和图2所示，本发明以聚苯乙烯半球为微透镜用以提高LED出光效率，该聚苯乙烯半球的制备方法具体包括如下步骤：
(1)按常规金属有机化学气相沉积(MOCVD)制备LED的方法在衬底1上依次外延生长N型接触层2、多量子阱有源区3和P型接触层4，形成红光外延片。
(2)在制备的红光外延片上按常规工艺制备P电极5、N电极和半切。如图2中的(a)所示。
(3)在经过步骤(2)处理的红光外延片上P电极5的一面铺设一层由周期阵列的PS球6紧密排布组成的单层膜，本实施案例的PS球的直径为750nm，PS球6为六方紧密周期排布。如图2中的(b)所示。
(4)将铺满PS球的红光外延片放在加热器上，在120℃下烘烤60秒钟，5秒钟内冷却到室温，在半切后的红光外延片上得到周期性排列的PS半球7。如图2中的(c)所示。
实施例2
本实施例与实施例1不同的是步骤(3)中PS球的直径为500nm，PS球为四方紧密排布，再按照实施例1中的步骤4)，120℃下烘烤60秒钟，7秒钟内冷却到室温，在红光外延片上制备出周期性阵列的PS半球。
实施例3
本实施例与实施例1不同的是步骤(4)的烘烤温度为110℃，即在110℃下烘烤60秒钟，10秒钟内冷却到室温，在红光外延片上制备出周期性阵列的PS半球。
实施例4
本实施例与实施例1不同的是步骤(4)的烘烤时间为30秒钟，PS球为随机紧密排布，即在120℃下烘烤30秒钟，8秒钟内冷却到室温，在红光外延片上制备出周期性阵列的PS半球。
实施例5
本实施例与实施例1不同的是步骤(1)常规利用金属有机化学气相沉积(MOCVD)的方法在衬底上依次外延生长N型接触层、多量子阱有源区和P型接触层，形成蓝光外延片。(2)在蓝光外延片上按常规工艺制备P电极，N电极，半切。然后按照步骤(3)、(4)在蓝光外延片上制备出周期性阵列的PS半球。
Claims (2)
1.一种作为提高LED出光效率微透镜的聚苯乙烯半球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤步骤：
(1)按常规金属有机化学气相沉积(MOCVD)生长LED外延片的方法在衬底上依次外延生长N型接触层、多量子阱有源区和P型接触层，形成外延片；
(2)在外延片上按常规工艺制备P电极、N电极和半切；
(3)在经过步骤(2)处理的外延片上P电极一面铺设一层由聚苯乙烯(PS)球紧密排布组成的单层膜，聚苯乙烯球的直径为100nm-1um；
(4)将铺满PS球的外延片在110℃-120℃下烘烤5秒钟-60秒钟，然后使其在5秒钟-10秒钟内急速冷却到室温，得到周期性排列的聚苯乙烯半球。
2.根据权利要求1所述的作为提高LED出光效率微透镜的聚苯乙烯半球的制备方法，其特征在于，所述聚苯乙烯球为六方紧密排布、四方紧密排布或随机排布。
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