CN102142494A - 新型图形衬底的发光二极管及其制备方法 - Google Patents

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易贤
王汉华
项艺
杨新民
靳彩霞
董志江
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Abstract

新型图形衬底的发光二极管及其制备方法，包括依次设有的衬底、缓冲层、N型半导体层、有源层、P型半导体层和透明导电层，所述N型半导体层上设有N电极，所述P型半导体层上设有P电极，其特征在于：所述发光二极管的衬底为复合图形衬底，复合图形衬底有多个由圆台上表面挖空一个倒圆锥构成的复合图形体。它具有降低外延生长缺陷和增加光散射几率，增强轴向光出光效率的优点。

Description

新型图形衬底的发光二极管及其制备方法
技术领域
本发明属于发光二极管领域，具体涉及一种新型图形衬底的发光二极管。
背景技术
利用图形化衬底可以有效提高GaN基LED发光效率，一方面可以有效的降低GaN基LED材料中的位错密度，避免裂纹的产生，提高外延材料的晶体质量和均匀性，进而能提高LED的内量子发光效率，另一方面，由于阵列图形结构增加了光的散射，改变了LED的光学线路，进而提升光提取效率。
传统的蓝宝石衬底图形形状集中在圆锥，半球，立方体等单一图形，本发明的衬底图形则为两种单一形体组合而成的复合图形，可以进一步降低外延生长缺陷和加强光的散射。
发明内容
本发明的目的是提供一种新型图形衬底的发光二极管及其制备方法，它具有降低外延生长缺陷和增加光散射几率，增强轴向光出光效率的优点。
本发明的技术方案是：新型图形衬底的发光二极管，包括依次设有的衬底、缓冲层、N型半导体层、有源层、P型半导体层和透明导电层，所述N型半导体层上设有N电极，所述P型半导体层上设有P电极，其特征在于：所述发光二极管的衬底为复合图形衬底，复合图形衬底有多个由圆台上表面挖空一个倒圆锥构成的复合图形体。
如上所述的新型图形衬底的发光二极管，其特征在于：复合图形衬底的圆台上表面直径为1um～1.5um，圆台下表面直径为3um～4um，高度为1um～1.5um，圆锥高度为0.25um～0.5um。
如上所述的新型图形衬底的发光二极管，其特征在于：复合图形衬底的圆台分布呈正方形、三角形、六边形或蜂窝状阵列，占空比为3∶1～1∶3。
如上所述的新型图形衬底的发光二极管，其特征在于：所述复合图形衬底为蓝宝石衬底。
如上所述的新型图形衬底的发光二极管的制备方法，其特征在于包括以下几个步骤：
在衬底上表面旋涂一层光刻胶；
利用光刻版光刻在光刻胶上曝光复合图形阵列图案；
采用显影剂去除曝光部分光刻胶；
烘烤光刻胶使之坚固，提高光刻胶抗刻蚀能力；
利用刻蚀方法将光刻胶的复合图案传递到衬底上，在衬底上表面形成复合图形。
如上所述的新型图形衬底的发光二极管的制备方法，，其特征在于：光刻胶的厚度为1um～4um，曝光时间为2s～10s。
如上所述的新型图形衬底的发光二极管的制备方法，其特征在于烘烤温度为50℃～200℃，时间为5min～40min。
如上所述的新型图形衬底的发光二极管的制备方法，其特征在于：刻蚀为感应耦合等离子刻蚀。
技术效果：如图4所示，本发明通过两种单一图形体组合而成的复合图形衬底，可以进一步降低外延生长缺陷和增加光散射几率，增强轴向光出光效率，在350mA驱动电压下，相对传统的单一圆台图形衬底，周期性阵列分布复合图形衬底发光二极管发光效率提高10％。
附图说明
图1，是本发明实施例旋涂光刻胶的示意图。
图2，是本发明实施例复合图形衬底结构示意图。
图3.1，是本发明实施例光刻版版图：正方形周期性阵列。
图3.2，是本发明实施例光刻版版图：三角型周期阵列。
图3.3，是本发明实施例光刻版版图：蜂窝状周期阵列。
图4，是本发明实施例光功率提高对比图。
具体实施方式
本发明的新型图形衬底的发光二极管，包括依次设有的衬底、缓冲层、N型半导体层、有源层、P型半导体层和透明导电层，所述N型半导体层上设有N电极，所述P型半导体层上设有P电极，其特征在于：所述发光二极管的衬底为复合图形衬底，复合图形衬底有多个由圆台上表面挖空一个倒圆锥构成的复合图形体，其特征结构示意图如图2所示。
本发明的制备方法是：在蓝宝石衬底上旋涂一层光刻胶(图1)；利用光刻版(图3.1，图3.2，图3.3)光刻出光刻胶复合图形阵列；以光刻胶图形阵列做掩膜，刻蚀蓝宝石衬底，将图形刻蚀到蓝宝石衬底上，完成新型图形化衬底的制备；在此衬底上外延生长缓冲层，非掺杂GaN层，Si掺杂n型GaN，有源发光层，Mg掺杂p型GaN，完成外延片的制备；依次生长电流扩展层，p电极和n电极，完成芯片的制备。通过本发明提供的新型图形化衬底，可以有效降低GaN外延生长的差排密度，提高内量子效率，同时由于复合图形衬底加强光的散射，使有源层发出的光经过衬底反射后，增加出光几率。
实施例1
首先参照图1所示，在蓝宝石衬底上涂一层光刻胶，厚度为3um。接着如图3.1所示通过光刻工艺利用光刻版光刻在光刻胶上曝光复合图形阵列图案，该图案为正方形周期性阵列的复合图形，占空比为3∶1，曝光时间为6s，然后采用显影剂去除曝光部分光刻胶，之后烘烤光刻胶使之坚固，提高光刻胶抗刻蚀能力，烘烤温度为120℃，时间为20min，最后利用感应耦合等离子体刻蚀方法将光刻胶的复合图案传递到衬底上，在衬底上表面形成复合图形，复合图形为圆台上表面挖空一个倒圆锥(如图2所示)，圆台上表面直径为2um，圆台下表面直径为4um，高度为1.5um，圆锥高度为0.5um。
实施例2
首先参照图1所示，在蓝宝石衬底上涂一层光刻胶，厚度为3um。接着如上图所示通过光刻工艺利用光刻版光刻在光刻胶上曝光复合图形阵列图案，该图案为三角形周期性阵列的复合图形(图3.2)，占空比为2∶1，曝光时间为8s，然后所示采用显影剂去除曝光部分光刻胶，之后烘烤光刻胶使之坚固，提高光刻胶抗刻蚀能力，烘烤温度为150℃，时间为15min，最后利用感应耦合等离子体刻蚀方法将光刻胶的复合图案传递到衬底上，在衬底上表面形成复合图形，复合图形为圆台上表面挖空一个倒圆锥，圆台上表面直径为1.5um，圆台下表面直径为3um，高度为1.2um，圆锥高度为0.3um。
实施例3
首先参照图1所示，在蓝宝石衬底上涂一层光刻胶，厚度为3um。接着通过光刻工艺利用光刻版光刻在光刻胶上曝光复合图形阵列图案，该图案为蜂窝状周期性阵列的复合图形(图3.3)，占空比为3∶1，曝光时间为6s，然后采用显影剂去除曝光部分光刻胶，之后烘烤光刻胶使之坚固，提高光刻胶抗刻蚀能力，烘烤温度为120℃，时间为20min，最后利用感应耦合等离子体刻蚀方法将光刻胶的复合图案传递到衬底上，在衬底上表面形成复合图形如图2所示，复合图形为圆台上表面挖空一个倒圆锥，圆台上表面直径为2um，圆台下表面直径为4um，高度为1.5um，圆锥高度为0.5um。

Claims (8)

1.新型图形衬底的发光二极管，包括依次设有的衬底、缓冲层、N型半导体层、有源层、P型半导体层和透明导电层，所述N型半导体层上设有N电极，所述P型半导体层上设有P电极，其特征在于：所述发光二极管的衬底为复合图形衬底，复合图形衬底有多个由圆台上表面挖空一个倒圆锥构成的复合图形体。
2.如权利要求1所述的新型图形衬底的发光二极管，其特征在于：复合图形衬底的圆台上表面直径为1um～1.5um，圆台下表面直径为3um～4um，高度为1um～1.5um，圆锥高度为0.25um～0.5um。
3.如权利要求2所述的新型图形衬底的发光二极管，其特征在于：复合图形衬底的圆台分布呈正方形、三角形、六边形或蜂窝状阵列，占空比为3∶1～1∶3。
4.如权利要求2所述的新型图形衬底的发光二极管，其特征在于：所述复合图形衬底为蓝宝石衬底。
5.如权利要求1所述的新型图形衬底的发光二极管的制备方法，其特征在于包括以下几个步骤：
在衬底上表面旋涂一层光刻胶；
利用光刻版光刻在光刻胶上曝光复合图形阵列图案；
采用显影剂去除曝光部分光刻胶；
烘烤光刻胶使之坚固，提高光刻胶抗刻蚀能力；
利用刻蚀方法将光刻胶的复合图案传递到衬底上，在衬底上表面形成复合图形。
6.如权利要求5所述的新型图形衬底的发光二极管的制备方法，，其特征在于：光刻胶的厚度为1um～4um，曝光时间为2s～10s。
7.如权利要求5所述的新型图形衬底的发光二极管的制备方法，其特征在于烘烤温度为50℃～200℃，时间为5min～40min。
8.如权利要求5所述的新型图形衬底的发光二极管的制备方法，其特征在于：刻蚀为感应耦合等离子刻蚀。
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