CN102386287A - 图形化衬底及其制备方法和发光二极管 - Google Patents

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本发明提供一种图形化衬底及其制备方法和发光二极管，属于发光二极管领域。其中，该图形化衬底的制备方法，包括：提供一金属铝基底；将所述金属铝基底阳极氧化成表面具有均匀多孔结构的氧化铝；去除所述氧化铝上残余的金属铝；将所述氧化铝转化成表面具有均匀多孔结构的蓝宝石衬底。本发明实施例制造工艺简单并且能够降低发光二极管的生产成本。

Description

图形化衬底及其制备方法和发光二极管
技术领域
本发明涉及发光二极管领域，特别是指一种图形化衬底及其制备方法和发光二极管。
背景技术
现有技术中，发光二极管(LED，light emitting diode)已经在照明系统中得到应用。但由于其低IQE(internal quantum efficiency，内量子效率)和高成本/低流明的问题，发光二极管目前还无法得到广泛应用。
现有技术采用很多办法试图改善发光二极管的IQE和减少发光二极管的成本/提高发光二极管的流明，比如增加发光二极管的EQE(external quantumefficiency，外量子效率)，具体的实现方法包括PSS(patterned sapphire substrate，图形化蓝宝石衬底)技术。
图形化蓝宝石衬底是以蚀刻的方式，在蓝宝石衬底上设计制作出微米级或纳米级具有微结构特定规则的图形，藉以控制LED的输出光形式(蓝宝石衬底上的凹凸图形会产生光散射或折射的效果增加光的取出率)，同时GaN薄膜生长于图形化蓝宝石衬底上会产生横向磊晶的效果，减少生长在蓝宝石衬底上GaN之间的差排缺陷，改善磊晶质量，提升LED的IQE。其中，纳米图形化蓝宝石衬底要优于微米图形化蓝宝石衬底。
如图1所示为传统LED的一种PSS结构，其中11为p型氮化镓，12为多量子阱，13为n型氮化镓，14为图形化蓝宝石衬底，15为蓝宝石衬底。现有技术中的纳米结构一般是在蓝宝石衬底上制备得到，制造工艺比较复杂，而且需要批量昂贵的蓝宝石衬底，生产成本较高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种图形化衬底及其制备方法和发光二极管，制造工艺简单并且能够降低发光二极管的生产成本。
为解决上述技术问题，本发明的实施例提供技术方案如下：
一方面，提供一种图形化衬底的制备方法，包括：
提供一金属铝基底；
将所述金属铝基底阳极氧化成表面具有均匀多孔结构的氧化铝；
去除所述氧化铝上残余的金属铝；
将所述氧化铝转化成表面具有均匀多孔结构的蓝宝石衬底。
进一步地，所述将所述氧化铝转化成表面具有均匀多孔结构的蓝宝石衬底之后还包括：
在所述蓝宝石衬底上沉积n型氮化镓层。
进一步地，所述金属铝基底为经过抛光的金属铝基底。
进一步地，所述将所述金属铝基底阳极氧化成表面具有均匀多孔结构的氧化铝包括：
将所述金属铝基底在酸性电解液中进行阳极氧化，形成表面具有均匀多孔结构的氧化铝，所述酸性电解液包括硫酸、草酸和磷酸。
进一步地，所述去除所述氧化铝上残余的金属铝包括：
利用电化学方法或化学方法将所述氧化铝上残余的金属铝去除，其中，所述电化学方法包括阶梯降压法和阳极浸蚀法，所述化学方法包括在氯化氢或饱和二氯化汞溶液中浸泡。
进一步地，所述将所述氧化铝转化成表面具有均匀多孔结构的蓝宝石衬底包括：
将所述氧化铝经1150℃烧结转化成表面具有均匀多孔结构的蓝宝石衬底。
进一步地，所述均匀多孔结构中，相邻孔之间的间距为20nm-300nm。
进一步地，所述均匀多孔结构中，孔的深度为20nm-1000nm。
进一步地，所述均匀多孔结构中，孔的最大宽度为20nm-500nm。
本发明实施例还提供了一种以上述方法制备的图形化衬底。
本发明实施例还提供了一种发光二极管，包括上述的图形化衬底，还包括：
位于所述图形化衬底上的n型氮化镓层；
位于所述n型氮化镓层上的多量子阱；
位于所述多量子阱上的p型氮化镓层。
进一步地，所述均匀多孔结构中，相邻孔之间的间距为20nm-300nm，孔的深度为20nm-1000nm，孔的最大宽度为20nm-500nm。
本发明的实施例具有以下有益效果：
上述方案中，首先将金属铝基底阳极氧化成表面具有均匀多孔结构的氧化铝，之后直接将氧化铝转化成表面具有均匀多孔结构的蓝宝石衬底，以此获得图形化衬底，制造工艺简单。并且在图形化衬底的制备过程中，不再需要批量昂贵的蓝宝石衬底，有助于降低发光二极管的生产成本。
附图说明
图1为现有技术中发光二极管的一种图形化衬底的结构示意图；
图2为本发明实施例的图形化衬底的制备方法的流程示意图；
图3为本发明实施例的图形化衬底的制备方法中，步骤A之后形成的结构示意图；
图4为本发明实施例的图形化衬底的制备方法中，步骤B之后形成的结构示意图；
图5为本发明实施例的图形化衬底的制备方法中，步骤C之后形成的结构示意图；
图6为本发明实施例的图形化衬底的制备方法中，步骤D之后形成的结构示意图；
图7为本发明实施例在图形化衬底上沉积n型氮化镓之后形成的结构示意图；
图8为本发明实施例的发光二极管的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的实施例要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明的实施例针对现有技术中图形化衬底的制备工艺比较复杂，生产成本较高的问题，提供一种图形化衬底及其制备方法和发光二极管，制造工艺简单并且能够降低发光二极管的生产成本。
图2为本发明实施例的图形化衬底的制备方法的流程示意图，如图2所示，本实施例包括：
步骤201：提供一金属铝基底；
步骤202：将金属铝基底阳极氧化成表面具有均匀多孔结构的氧化铝；
步骤203：去除氧化铝上残余的金属铝；
步骤204：将氧化铝转化成表面具有均匀多孔结构的蓝宝石衬底。
本发明实施例的图形化衬底的制备方法，首先将金属铝基底阳极氧化成表面具有均匀多孔结构的氧化铝，之后直接将氧化铝转化成表面具有均匀多孔结构的蓝宝石衬底，以此获得图形化衬底，制造工艺简单。并且在图形化衬底的制备过程中，不再需要批量昂贵的蓝宝石衬底，有助于降低发光二极管的生产成本。
下面结合附图对本发明的图形化衬底的制备方法进行进一步说明，本实施例包括以下步骤：
步骤A：提供一抛光的金属铝基底1；
如图3所示为金属铝基底1的结构示意图；
步骤B：将金属铝基底1阳极氧化成表面具有均匀多孔结构的氧化铝2；
具体地，可以将金属铝基底1在酸性电解液中进行阳极氧化，形成如图4所示的表面具有均匀多孔结构的氧化铝(AAO)2，酸性电解液可以包括硫酸、草酸和磷酸；
步骤C：去除氧化铝2上残余的金属铝1；
如图4所示，氧化铝2上还有残余的金属铝1，因此步骤C需要将残余的金属铝1去除，具体地，可以利用电化学方法或化学方法将氧化铝2上残余的金属铝1去除，形成如图5所示的结构。其中，电化学方法包括阶梯降压法和阳极浸蚀法，化学方法包括在氯化氢或饱和二氯化汞溶液中浸泡；
步骤D：将氧化铝2转化成表面具有均匀多孔结构的蓝宝石衬底3。
具体地，可以将氧化铝2经1150℃烧结转化成表面具有均匀多孔结构的蓝宝石衬底(α-Al2O3)3，形成如图6所示的本发明实施例的图形化衬底，该图形化衬底包括蓝宝石衬底3和图形化衬底部分4。
图8所示为本发明实施例的发光二极管的结构示意图，如图8所示，本实施例包括：图形化衬底；位于图形化衬底之上的n型氮化镓层5；位于n型氮化镓层5之上的多量子阱6和p型氮化镓层7。
其中，该图形化衬底包括蓝宝石衬底3和图形化衬底部分4。
在以步骤A～D所述方法制备图形化衬底之后，再在图形化衬底上沉积n型氮化镓层5。具体地，可以采用MOCVD(金属有机气相沉积)技术在图形化衬底上沉积n型氮化镓层5，形成如图7所示的结构。之后在n型氮化镓层5上依次沉积多量子阱6和p型氮化镓层7，即可得到如图8所示的本发明实施例发光二极管的结构。
在本发明实施例的发光二极管中，如图8所示，均匀多孔结构中相邻孔之间的间距为s，孔的深度为h，孔的最大宽度为d，实际生产过程中，可以对参数s、d和h进行优化，以得到更高的EQE。具体地，s可以为20nm-300nm，d为20nm-500nm，h为20nm-1000nm，这种结构可以形成光子晶体，有利于增加发光二极管的亮度。
本发明的发光二极管，与成长于一般蓝宝石衬底的发光二极管相比，亮度增加了70％以上。
本发明实施例中，首先将金属铝基底阳极氧化成表面具有均匀多孔结构的氧化铝，之后直接将氧化铝转化成表面具有均匀多孔结构的蓝宝石衬底，以此获得图形化衬底，制造工艺简单。并且在图形化衬底的制备过程中，不再需要批量昂贵的蓝宝石衬底，有助于降低发光二极管的生产成本。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种图形化衬底的制备方法，其特征在于，包括：
提供一金属铝基底；
将所述金属铝基底阳极氧化成表面具有均匀多孔结构的氧化铝；
去除所述氧化铝上残余的金属铝；
将所述氧化铝转化成表面具有均匀多孔结构的蓝宝石衬底。
2.根据权利要求1所述的图形化衬底的制备方法，其特征在于，所述将所述氧化铝转化成表面具有均匀多孔结构的蓝宝石衬底之后还包括：
在所述蓝宝石衬底上沉积n型氮化镓层。
3.根据权利要求1所述的图形化衬底的制备方法，其特征在于，所述金属铝基底为经过抛光的金属铝基底。
4.根据权利要求1所述的图形化衬底的制备方法，其特征在于，所述将所述金属铝基底阳极氧化成表面具有均匀多孔结构的氧化铝包括：
将所述金属铝基底在酸性电解液中进行阳极氧化，形成表面具有均匀多孔结构的氧化铝，所述酸性电解液包括硫酸、草酸和磷酸。
5.根据权利要求1所述的图形化衬底的制备方法，其特征在于，所述去除所述氧化铝上残余的金属铝包括：
利用电化学方法或化学方法将所述氧化铝上残余的金属铝去除，其中，所述电化学方法包括阶梯降压法和阳极浸蚀法，所述化学方法包括在氯化氢或饱和二氯化汞溶液中浸泡。
6.根据权利要求1所述的图形化衬底的制备方法，其特征在于，所述将所述氧化铝转化成表面具有均匀多孔结构的蓝宝石衬底包括：
将所述氧化铝经1150℃烧结转化成表面具有均匀多孔结构的蓝宝石衬底。
7.根据权利要求1所述的图形化衬底的制备方法，其特征在于，所述均匀多孔结构中，相邻孔之间的间距为20nm-300nm。
8.根据权利要求1所述的图形化衬底的制备方法，其特征在于，所述均匀多孔结构中，孔的深度为20nm-1000nm。
9.根据权利要求1所述的图形化衬底的制备方法，其特征在于，所述均匀多孔结构中，孔的最大宽度为20nm-500nm。
10.一种图形化衬底，其特征在于，所述图形化衬底为以权利要求1-9所述的方法制备。
11.一种发光二极管，其特征在于，包括如权利要求10所述的图形化衬底，还包括：
位于所述图形化衬底上的n型氮化镓层；
位于所述n型氮化镓层上的多量子阱；
位于所述多量子阱上的p型氮化镓层。
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