CN103367560A - 发光二极管的制备方法 - Google Patents
发光二极管的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103367560A CN103367560A CN2012100890729A CN201210089072A CN103367560A CN 103367560 A CN103367560 A CN 103367560A CN 2012100890729 A CN2012100890729 A CN 2012100890729A CN 201210089072 A CN201210089072 A CN 201210089072A CN 103367560 A CN103367560 A CN 103367560A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- semiconductor layer
- light
- emitting diode
- preparation
- nano
- 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
Links
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 48
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 182
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 109
- 230000012010 growth Effects 0.000 claims abstract description 56
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims abstract description 42
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 39
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 12
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 12
- 238000000059 patterning Methods 0.000 claims description 11
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 claims description 8
- 235000012489 doughnuts Nutrition 0.000 claims description 2
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 claims description 2
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 claims description 2
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 abstract description 4
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 273
- 239000000463 material Substances 0.000 description 25
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 23
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 15
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 7
- ZWEHNKRNPOVVGH-UHFFFAOYSA-N 2-Butanone Chemical compound CCC(C)=O ZWEHNKRNPOVVGH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 6
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 6
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 6
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 6
- RGGPNXQUMRMPRA-UHFFFAOYSA-N triethylgallium Chemical compound CC[Ga](CC)CC RGGPNXQUMRMPRA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N trimethylgallium Chemical compound C[Ga](C)C XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 description 5
- IBEFSUTVZWZJEL-UHFFFAOYSA-N trimethylindium Chemical compound C[In](C)C IBEFSUTVZWZJEL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 4
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 4
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N Tetrahydrofuran Chemical compound C1CCOC1 WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 3
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 3
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 3
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910017083 AlN Inorganic materials 0.000 description 2
- PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N Aluminum nitride Chemical compound [Al]#N PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GPXJNWSHGFTCBW-UHFFFAOYSA-N Indium phosphide Chemical compound [In]#P GPXJNWSHGFTCBW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 2
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 2
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000000609 electron-beam lithography Methods 0.000 description 2
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000002248 hydride vapour-phase epitaxy Methods 0.000 description 2
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 2
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N n-Hexane Chemical compound CCCCCC VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 2
- 229920003209 poly(hydridosilsesquioxane) Polymers 0.000 description 2
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 2
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 2
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 2
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 2
- 230000026267 regulation of growth Effects 0.000 description 2
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 2
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 2
- 229910017115 AlSb Inorganic materials 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XDTMQSROBMDMFD-UHFFFAOYSA-N Cyclohexane Chemical compound C1CCCCC1 XDTMQSROBMDMFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910005540 GaP Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910005542 GaSb Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000673 Indium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010092 LiAlO2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010936 LiGaO2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000577 Silicon-germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- MDPILPRLPQYEEN-UHFFFAOYSA-N aluminium arsenide Chemical compound [As]#[Al] MDPILPRLPQYEEN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NWAIGJYBQQYSPW-UHFFFAOYSA-N azanylidyneindigane Chemical compound [In]#N NWAIGJYBQQYSPW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002238 carbon nanotube film Substances 0.000 description 1
- 238000004871 chemical beam epitaxy Methods 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 description 1
- 238000004134 energy conservation Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- WPYVAWXEWQSOGY-UHFFFAOYSA-N indium antimonide Chemical compound [Sb]#[In] WPYVAWXEWQSOGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RPQDHPTXJYYUPQ-UHFFFAOYSA-N indium arsenide Chemical compound [In]#[As] RPQDHPTXJYYUPQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009616 inductively coupled plasma Methods 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000003595 mist Substances 0.000 description 1
- 229910003465 moissanite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 1
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 238000000038 ultrahigh vacuum chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/005—Processes
- H01L33/0095—Post-treatment of devices, e.g. annealing, recrystallisation or short-circuit elimination
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/20—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular shape, e.g. curved or truncated substrate
- H01L33/22—Roughened surfaces, e.g. at the interface between epitaxial layers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2933/00—Details relating to devices covered by the group H01L33/00 but not provided for in its subgroups
- H01L2933/0083—Periodic patterns for optical field-shaping in or on the semiconductor body or semiconductor body package, e.g. photonic bandgap structures
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/20—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular shape, e.g. curved or truncated substrate
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
本发明提供一种发光二极管的制备方法,包括:提供一基底预制体,所述基底预制体具有一外延生长面以及一与所述外延生长面相对的出光面;在所述基底预制体的出光面上设置一图案化掩膜层;对所述基底预制体进行刻蚀形成多个第一三维纳米结构,所述第一三维纳米结构为条形凸起结构,所述条形凸起结构的横截面为弓形;去除所述掩膜层;在所述外延生长面依次生长一第一半导体层、一活性层及一第二半导体层;设置一第一电极与所述第一半导体层电连接;以及设置一第二电极与所述第二半导体层电连接。
Description
技术领域
本发明涉及一种发光二极管的制备方法,尤其涉及一种具有三维纳米结构阵列的发光二极管的制备方法。
背景技术
由氮化镓半导体材料制成的高效蓝光、绿光和白光发光二极管具有寿命长、节能、绿色环保等显著特点,已被广泛应用于大屏幕彩色显示、汽车照明、交通信号、多媒体显示和光通讯等领域,特别是在照明领域具有广阔的发展潜力。
传统的发光二极管通常包括N型半导体层、P型半导体层、设置在N型半导体层与P型半导体层之间的活性层、设置在P型半导体层上的P型电极(通常为透明电极)以及设置在N型半导体层上的N型电极。发光二极管处于工作状态时,在P型半导体层与N型半导体层上分别施加正、负电压,这样,存在于P型半导体层中的空穴与存在于N型半导体层中的电子在活性层中发生复合而产生光子,且光子从发光二极管中射出。
然而,现有的发光二极管的制备方法制备的发光二极管的发光效率不够高,部分原因是由于来自活性层的大角度光线(角度大于23.58°临界角的光线)在N型或P型半导体与空气的界面处发生全反射,从而大部分大角度光被限制在发光二极管的内部,直至以热等方式耗散,这对发光二极管而言非常不利。
发明内容
有鉴于此,确有必要提供一发光效率较高的发光二极管的制备方法。
一种发光二极管的制备方法,包括:提供一基底预制体,所述基底预制体具有一外延生长面以及一与所述外延生长面相对的出光面;在所述基底预制体的出光面上设置一图案化掩膜层,所述图案化掩膜层包括多个并排设置的挡墙,相邻的挡墙之间形成一沟槽,所述基底预制体通过该沟槽暴露出来;对所述基底预制体进行刻蚀,使每一挡墙对应的基底预制体表面形成一第一三维纳米结构,所述第一三维纳米结构为条形凸起结构,所述条形凸起结构的横截面为弓形;去除所述掩膜层, 使基底预制体形成一图案化的基底;在所述外延生长面依次生长一第一半导体层、一活性层及一第二半导体层;设置一第一电极与所述第一半导体层电连接;以及设置一第二电极与所述第二半导体层电连接。
与现有技术相比较,本发明的发光二极管的制备方法,通过在所述发光二极管的出光面形成多个弓形的三维纳米结构,当所述活性层中产生的入射角大于临界角的大角度光线并入射至所述三维纳米结构时,该大角度光线通过所述三维纳米结构的弓形表面而转变为小角度光线,若小角度光线小于临界角,那么,该小角度光线可以射出。也就是说,光线入射至形成有多个三维纳米结构的表面时,与光线入射至平面结构相比,入射角大于临界角的某一范围的光线也会从发光二极管的出光面出射,进而可以提高发光二极管的出光效率。此外,该制备方法还可以方便的制备大面积周期性的三维纳米结构,形成一大面积的三维纳米结构阵列,从而提高了所述发光二极管的产率。
附图说明
图1为本发明第一实施例提供的发光二极管的结构示意图。
图2为本发明第一实施例提供的发光二极管中第二半导体层的结构示意图。
图3为本发明第一实施例提供的发光二极管中第二半导体层的扫描电镜照片。
图4为本发明第一实施例提供的发光二极管中第二半导体层的出光原理图。
图5为本发明第一实施例提供的发光二极管与标准发光二极管的发光强度对比曲线。
图6为本发明第一实施例提供的发光二极管的制备方法的工艺流程图。
图7为本发明第一实施例提供的发光二极管的制备方法中在第二半导体层表面形成多个第一三维纳米结构的制备方法的工艺流程图。
图8为本发明第一实施例提供的发光二极管的制备方法中刻蚀第二半导体层表面的制备方法的示意图。
图9为本发明第二实施例提供的发光二极管的结构示意图。
图10为本发明第二实施例提供的发光二极管的制备方法的工艺流程图。
主要元件符号说明
发光二极管 | 10;20 |
基底 | 100 |
本体 | 102;212 |
第一三维纳米结构 | 104 |
第一半导体层 | 110;210 |
活性层 | 120;220 |
第二半导体层 | 130 |
第一电极 | 140 |
第二电极 | 150 |
基底预制体 | 160 |
掩膜层 | 170 |
沟槽 | 172 |
挡墙 | 174 |
刻蚀气体 | 180 |
第二三维纳米结构 | 214 |
第一半导体预制层 | 230 |
临界角 | α |
入射角 | β |
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
请参阅图1,本发明第一实施例提供一种发光二极管10,其包括:一基底100、一第一半导体层110、一活性层120、一第二半导体层130、一第一电极140以及一第二电极150。所述第一半导体层110、活性层120、第二半导体层130以及第二电极150依次层叠设置于基底100的表面,所述第一半导体层110与所述基底100接触设置。所述基底100远离第一半导体层110的表面为所述发光二极管10的出光面,所述第一电极140与所述第一半导体层110电连接。所述第二电极150与所述第二半导体层130电连接。所述发光二极管10的出光面具有多个第一三维纳米结构104。
所述基底100起支撑及出光作用,该基底100具有一支持外延生长的外延生长面,以及与所述外延生长面相对的表面,即,所述发光二极管10的出光面。所述基底100的厚度为300至500微米,所述基底100的材料可以为SOI(silicon on insulator,绝缘基底上的硅)、LiGaO2、LiAlO2、Al2O3、Si、GaAs、GaN、GaSb、InN、InP、InAs、InSb、AlP、AlAs、AlSb、AlN、GaP、SiC、SiGe、GaMnAs、GaAlAs、GaInAs、GaAlN、GaInN、AlInN、GaAsP、InGaN、AlGaInN、AlGaInP、GaP:Zn或GaP:N等。所述基底100的材料可根据所述需要生长的半导体层的材料进行选择,所述基底100的材料与所述半导体层的材料具有较小的晶格失配及相近的热膨胀系数,从而可以减少生长的半导体层中的晶格缺陷,提高其质量。本实施例中,所述基底100的厚度为400微米,其材料为蓝宝石。
请一并参阅图2及图3,所述基底100包括一本体102以及多个第一三维纳米结构104,所述多个第一三维纳米结构104设置于所述本体102远离第一半导体层110的表面。所述多个第一三维纳米结构104可以以阵列的形式分布。所述阵列形式分布指所述多个第一三维纳米结构104可以按照等间距排布、同心圆环排布或同心回形排布,形成所述基底100图案化的表面。即,所述发光二极管10的出光面为所述多个第一三维纳米结构104形成的图案化表面。所述相邻的两个第一三维纳米结构104之间的距离D1相等,为10纳米~1000纳米,优选为100纳米~200纳米。本实施例中,所述多个第一三维纳米结构104以等间距排列,且相邻两个第一三维纳米结构104之间的距离约为140纳米。
所述第一三维纳米结构104为条形凸起结构,所述条形凸起结构为从所述基底100的本体102向外延伸出的条形凸起实体。所述第一三维纳米结构104以直线、折线或曲线并排延伸。所述第一三维纳米结构104与所述基底100的本体102为一体成型结构。所述多个第一三维纳米结构104的延伸方向相同。所述第一三维纳米结构104的横截面为弓形。所述弓形的高度H为100纳米~500纳米,优选为150纳米~200纳米;所述弓形的宽度D2为200纳米~1000纳米,优选为300纳米~400纳米。更优选地,所述第一三维纳米结构104的横截面为半圆形,其半径为150纳米~200纳米。本实施例中,所述第一三维纳米结构104的横截面为半圆形,且该半圆形的半径约为160纳米,即,H=1/2 D2=160纳米。
所述第一半导体层110设置于所述基底100的外延生长面。所述第一半导体层110、第二半导体层130分别为N型半导体层和P型半导体层两种类型中的一种。具体地,当该第一半导体层110为N型半导体层时,第二半导体层130为P型半导体层;当该第一半导体层110为P型半导体层时,第二半导体层130为N型半导体层。所述N型半导体层起到提供电子的作用,所述P型半导体层起到提供空穴的作用。N型半导体层的材料包括N型氮化镓、N型砷化镓及N型磷化铜等材料中的一种或几种。P型半导体层的材料包括P型氮化镓、P型砷化镓及P型磷化铜等材料中的一种或几种。所述第一半导体层110的厚度为1微米至5微米。本实施例中,第一半导体层110的材料为N型氮化镓。可选择地,一缓冲层(图未示)可以设置于基底100和第一半导体层110之间,并与基底100和第一半导体层110分别接触,此时第一半导体层110靠近基底100的表面与缓冲层接触。所述缓冲层有利于提高所述第一半导体层110的外延生长质量,减少晶格缺陷。所述缓冲层的厚度为10纳米至300纳米,其材料可以为氮化镓或氮化铝等。
本实施例中,所述第一半导体层110具有相对的第一表面(未标示)及第二表面(未标示),所述第一表面与所述基底100相接触,所述第二表面为第一半导体层110远离基底100的表面。所述第二表面由其功能可区分为一第一区域(未标示)及第二区域(未标示),其中所述第一区域用于设置所述活性层120,所述第二区域用于设置所述第一电极140。
所述活性层120设置于所述第一半导体层110的第一区域。优选地,所述活性层120和第一半导体层110的接触面积与第一区域的面积相等。即所述活性层120完全覆盖所述第一半导体层110的第一区域。所述活性层120为包含一层或多层量子阱层的量子阱结构(Quantum Well)。所述活性层120用于提供光子。所述活性层120的材料为氮化镓、氮化铟镓、氮化铟镓铝、砷化稼、砷化铝稼、磷化铟镓、磷化铟砷或砷化铟镓中的一种或几种,其厚度为0.01微米至0.6微米。本实施例中,所述活性层120为两层结构,包括一氮化铟镓层及一氮化镓层,其厚度约为0.03微米。
所述第二半导体层130设置于所述活性层120远离基底100的表面,具体的,所述第二半导体层130覆盖所述活性层120远离基底100的整个表面。所述第二半导体层130的厚度为0.1微米~3微米。所述第二半导体层130可为N型半导体层或P型半导体层两种类型,并且所述第二半导体层130与第一半导体层110分属两种不同类型的半导体层。本实施例中,所述第二半导体层130为镁(Mg)掺杂的P型氮化镓,其厚度为0.3微米。
所述第一电极140与所述第一半导体层110电连接。本实施例中,所述第一电极140设置于所述第一半导体层110的第二区域,并覆盖该第二区域的部分表面。所述第一电极140与所述活性层120间隔设置。所述第一电极140可以为N型电极或P型电极,其与第一半导体层110的类型相同。所述第一电极140至少为一层的整体结构,其材料为钛、银、铝、镍、金或其任意组合。本实施例中,所述第一电极140为两层结构,一层为厚度15纳米的钛,另一层为厚度200纳米的金。
所述第二电极150设置于所述第二半导体层130远离活性层120的表面,具体的,所述第二电极150覆盖所述第二半导体层130远离活性层120的整个表面,并与所述第二半导体层130电连接。所述第二电极150类型可以为N型电极或P型电极,其与第二半导体层130的类型相同。所述第二电极150的形状不限,可根据实际需要进行选择。所述第二电极150至少为一层结构,其材料为钛、银、铝、镍、金或其任意组合,也可为ITO或碳纳米管膜。本实施例中,所述第二电极150为P型电极。所述第二电极150为两层结构,一层为厚度为15纳米的钛,另一层为厚度为100纳米的金,形成一钛/金电极。
进一步的,可在第二电极150远离第二半导体层130的表面设置一反射层(图未示),所述反射层的材料可为钛、银、铝、镍、金或其任意组合。当活性层中产生的光子到达该反射层后,所述反射层可将光子反射,从而使之从所述发光二极管10的出光面射出,进而可进一步提高所述发光二极管10的出光效率。
请一并参阅图4,本发明第一实施例提供的发光二极管10,由于所述发光二极管10的出光面形成有多个第一三维纳米结构104,从而形成一图案化的表面。当所述活性层120中产生的入射角大于临界角α(23.58°)的大角度光线入射至所述第一三维纳米结构104时,一方面,该大角度光线通过所述第一三维纳米结构104的弓形表面或半圆形表面而转变为入射角为β的小角度光线,若入射角β小于临界角α,那么,该小角度光线可以射出。也就是说,光线入射至形成有多个第一三维纳米结构104的表面时,与光线入射至平面结构相比,入射角大于临界角α的某一范围的光线也会从发光二极管10的出光面出射,进而可以提高发光二极管的出光效率。请参阅图5,本发明第一实施例提供的发光二极管10的发光强度(曲线I)可达到标准发光二极管的发光强度(曲线II)的4.7倍,从而大大其高了该发光二极管10的发光效率。
请参阅图6,本发明进一步提供所述发光二极管10的制备方法,其制备方法具体包括以下步骤:
步骤S11,提供一基底预制体160,所述基底预制体160具有一外延生长面及与该外延生长面相对的表面;
步骤S12,在所述基底预制体160的与外延生长面相对的表面上,形成多个第一三维纳米结构104,从而形成一图案化的出光面;
步骤S13,在所述外延生长面依次生长一第一半导体层110、一活性层120及一第二半导体层130;
步骤S14,设置一第一电极140,使其与所述第一半导体层110电连接;
步骤S15,设置一第二电极150,使其覆盖所述第二半导体层130的远离活性层120的表面,并使所述第二电极150与第二半导体层130电连接。
在步骤S11中,所述基底预制体160提供了生长第一半导体层110的外延生长面。所述基底预制体160的外延生长面是分子平滑的表面,且去除了氧或碳等杂质。所述基底预制体160可以为单层或多层结构。当所述基底预制体160为单层结构时,该基底预制体160可以为一单晶结构体,且具有一晶面作为第一半导体层110的外延生长面。当所述基底预制体160为多层结构时,其需要包括至少一层所述单晶结构体,且该单晶结构体具有一晶面作为第一半导体层110的外延生长面。所述基底预制体160的材料可以根据所要生长的第一半导体层110来选择,优选地,使所述基底预制体160与第一半导体层110具有相近的晶格常数以及热膨胀系数。所述基底预制体160的厚度、大小和形状不限,可以根据实际需要选择。所述基底预制体160不限于所述列举的材料,只要具有支持第一半导体层110生长的外延生长面的基底预制体160均属于本发明的保护范围。本实施例中,所述基底预制体160的厚度为400微米,其材料为蓝宝石。
请一并参阅图7,在步骤S12中,所述在基底预制体160与外延生长面相对的表面,形成多个第一三维纳米结构104的步骤具体包括:
步骤S121,在所述基底预制体160与外延生长面相对的表面设置一掩膜层170;
步骤S122,刻蚀所述掩膜层170,使所述掩膜层170图案化;
步骤S123,刻蚀所述基底预制体160,使所述基底预制体160的表面图案化,形成多个第一三维纳米结构104;
步骤S124,去除所述掩膜层170,从而形成所述基底100。
在步骤121中,所述掩膜层170的材料可以为ZEP520A、HSQ(hydrogen silsesquioxane)、PMMA(Polymethylmethacrylate)、PS(Polystyrene)、SOG(Silicon on glass)或其他有机硅类低聚物等材料。所述掩膜层170用于保护其覆盖位置处的基底预制体160。本实施例中,所述掩膜层170的材料为ZEP520A。
所述掩膜层170可以利用旋转涂布(Spin Coat)、裂缝涂布(Slit Coat)、裂缝旋转涂布(Slit and Spin Coat)或者干膜涂布法(Dry Film Lamination)的任一种将掩膜层170的材料涂布于所述基底预制体160中与外延生长面相对的表面。具体的,首先,清洗所述基底预制体160中与外延生长面相对的表面;其次,在基底预制体160中与外延生长面相对的表面旋涂ZEP520,旋涂转速为500转/分钟~6000转/分钟,时间为0.5分钟~1.5分钟;其次,在140oC~180oC温度下烘烤3~5分钟,从而在所述基底预制体160中与外延生长面相对的表面上形成该掩膜层170。该掩膜层170的厚度为100纳米~500纳米。
在步骤S122中,所述使掩膜层170图案化的方法包括:电子束曝光法(electron beam lithography,EBL)、光刻法以及纳米压印法等。本实施例中,采用电子束曝光法。具体地,通过电子束曝光系统使所述掩膜层170形成多个沟槽172,从而使所述沟槽172对应区域的基底预制体160表面暴露出来。在所述图案化掩膜层170中,相邻两个沟槽172之间的掩膜层170形成一挡墙174,且每一挡墙174与每一第一三维纳米结构104一一对应。具体地,所述挡墙174的分布方式与所述第一三维纳米结构104的分布方式一致;所述两个挡墙174的宽度等于所述第一三维纳米结构104的宽度,即D2;且相邻两个挡墙174之间的间距等于相邻两个第一三维纳米结构104之间的间距,即D1。本实施例中,所述挡墙174以等间距排列,每一挡墙174的宽度为320纳米,且相邻两个第一三维纳米结构104之间的距离约为140纳米。
可以理解,本实施例中所述电子束曝光系统刻蚀所述掩膜层170形成多个条形挡墙174及沟槽172的方法仅为一具体实施例,所述掩膜层170的处理并不限于以上制备方法,只要保证所述图案化掩膜层170包括多个挡墙174,相邻的挡墙174之间形成沟槽172,设置于基底预制体160表面后,所述基底预制体160表面通过该沟槽172暴露出来即可。如也可以通过先在其他介质或基底表面形成所述图案化掩膜层170,然后再转移到该基底预制体160表面的方法形成。
请参照图8,在步骤S123中,刻蚀所述基底预制体160,使所述基底预制体160的表面图案化,从而形成多个第一三维纳米结构104。
所述刻蚀方法可以在一感应耦合等离子体系统中进行,并利用刻蚀气体180对所述基底预制体160进行刻蚀。所述刻蚀气体180可根据所述基底预制体160以及所述掩膜层170的材料进行选择,以保证所述刻蚀气体180对所述刻蚀对象具有较高的刻蚀速率。
本实施例中,将形成有图案化掩膜层170的基底预制体160放置于微波等离子体系统中,且该微波等离子体系统的一感应功率源产生刻蚀气体180。该刻蚀气体180以较低的离子能量从产生区域扩散并漂移至所述基底预制体160中与外延生长面相对的表面。一方面,所述刻蚀气体180对暴露于沟槽172中的基底预制体160进行纵向刻蚀;另一方面,由于所述纵向刻蚀的逐步进行,所述覆盖于挡墙174下的基底预制体160的两个侧面逐步暴露出来,此时,所述刻蚀气体180可以同时对挡墙174下的基底预制体160的两个侧面进行刻蚀,即横向刻蚀,进而形成所述多个第一三维纳米结构104。可以理解,在远离所述挡墙174方向上,对所述覆盖于挡墙174下的基底预制体160的两个侧面进行刻蚀的时间逐渐减少,故,可以形成横截面为弓形的第一三维纳米结构104。所述纵向刻蚀是指,刻蚀方向垂直于所述基底预制体160暴露于沟槽172中表面的刻蚀;所述横向刻蚀是指,刻蚀方向垂直于所述纵向刻蚀方向的刻蚀。
所述微波等离子体系统的工作气体包括氯气(Cl2)和氩气(Ar)。其中,所述氯气的通入速率小于所述氩气的通入速率。氯气的通入速率为4标况毫升每分~20标况毫升每分;氩气的通入速率为10标况毫升每分~60标况毫升每分;所述工作气体形成的气压为2帕~10帕;所述等离子体系统的功率为40瓦~70瓦;所述采用刻蚀气体180刻蚀时间为1分钟~2.5分钟。本实施例中,所述氯气的通入速率为10标况毫升每分;氩气的通入速率为25标况毫升每分;所述工作气体形成的气压为2帕;所述等离子体系统的功率为70瓦;所述采用刻蚀气体180刻蚀时间为2分钟。可以理解,通过控制刻蚀气体180的刻蚀时间可以控制第一三维纳米结构104的高度,从而制备出横截面为弓形或半圆柱形的第一三维纳米结构104。
步骤S124,所述掩膜层170可通过有机溶剂如四氢呋喃(THF)、丙酮、丁酮、环己烷、正己烷、甲醇或无水乙醇等无毒或低毒环保容剂作为剥离剂,溶解所述掩膜层等方法去除,从而形成所述多个第一三维纳米结构104。本实施例中,所述有机溶剂为丁酮,所述掩膜层170溶解在所述丁酮中,从而获得所述基底100。
在步骤S13中,所述第一半导体层110的生长方法可以通过分子束外延法(MBE)、化学束外延法(CBE)、减压外延法、低温外延法、选择外延法、液相沉积外延法(LPE)、金属有机气相外延法(MOVPE)、超真空化学气相沉积法(UHVCVD)、氢化物气相外延法(HVPE)、以及金属有机化学气相沉积法(MOCVD)等中的一种或多种实现。
本实施例中,所述第一半导体层110为Si掺杂的N型氮化镓。本实施例采用MOCVD工艺制备所述第一半导体层110,所述第一半导体层110的生长为异质外延生长。其中,采用高纯氨气(NH3)作为氮的源气,采用氢气(H2)作载气,采用三甲基镓(TMGa)或三乙基镓(TEGa)作为Ga源,采用硅烷(SiH4)作为Si源。所述第一半导体层110的生长具体包括以下步骤:
步骤(a1),将基底100置入反应室,加热到1100oC~1200oC,并通入H2、N2或其混合气体作为载气,高温烘烤200秒~1000秒。
步骤(a2),继续通入载气,并降温到500oC~650oC,通入三甲基镓或三乙基镓,并同时通入氨气,低温生长GaN层,所述低温GaN层作为继续生长第一半导体层110的缓冲层。由于第一半导体层110与蓝宝石基底100之间具有不同的晶格常数,因此,所述缓冲层用于减少第一半导体层110生长过程中的晶格失配,降低生长的第一半导体层110的位错密度。
步骤(a3),停止通入三甲基镓或三乙基镓,继续通入氨气和载气,同时将温度升高到1100oC~1200oC,并恒温保持30秒~300秒。
步骤(a4),将所述基底100的温度保持在1000oC~1100oC,同时重新通入三甲基镓及硅烷,或三乙基镓及硅烷,在高温下生长出高质量的第一半导体层110。
进一步的,在步骤(a4)之后,可将基底100的温度保持在1000oC~1100oC,重新通入三甲基镓或三乙基镓一定时间,生长一未掺杂的半导体层,然后再通入硅烷,继续生长第一半导体层110。该未掺杂的半导体层可进一步减小生长所述第一半导体层110的晶格缺陷。
所述活性层120的生长方法与第一半导体层110基本相同。具体的,采用三甲基铟作为铟源,生长所述活性层120,所述活性层120的生长包括以下步骤:
步骤(b1),向反应室内通入氨气、氢气及Ga源气体,将反应室的温度保持在700oC~900oC,使反应室压强保持在50托~500托;
步骤(b2),向反应室通入三甲基铟,生长InGaN/GaN多量子阱层,在所述第一半导体层110表面形成所述活性层120。
所述第二半导体层130的生长方法与第一半导体层110基本相同,具体的,在生长完活性层120之后,采用二茂镁作(Cp2Mg)为镁源,所述第二半导体层130的生长包括以下步骤:
步骤(c1),停止通入三甲基铟,将反应室的温度保持在1000oC~1100oC,使反应室压强保持在76托~200托;
步骤(c2),向反应室通入二茂镁,生长Mg掺杂的P型GaN层,形成所述第二半导体层130。
在步骤S14中,所述第一电极140的设置方法具体包括以下步骤:
步骤S141,刻蚀部分第二半导体层130及活性层120,暴露出所述第一半导体层110的部分表面;
步骤S142,在暴露出来的第一半导体层110的表面设置一第一电极140。
在步骤S141中,所述第二半导体层130及所述活性层120可通过光刻蚀、电子刻蚀、等离子刻蚀以及化学腐蚀等方法进行刻蚀,从而暴露所述第一半导体层110的部分表面,进而形成所述第一半导体层110的第二区域。
在步骤S142中,所述第一电极140可通过电子束蒸发法、真空蒸镀法及离子溅射法等方法制备。进一步的,可将一导电基板通过导电胶等方式贴附于所述第一半导体层110暴露的部分表面形成所述第一电极140。本实施例中,所述第一电极140设置于所述第一半导体层110的第二区域,并且与所述活性层120及第二半导体层130间隔设置。
在步骤S15中,所述第二电极150的制备方法与第一电极140相同。本实施例中,采用电子束蒸发法制备所述第二电极150。所述第二电极150完全覆盖所述第二半导体层130的远离活性层120的表面,并与所述第二半导体层130电连接。
可以理解,本发明第一实施例中的发光二极管10也不限于上述制备方法,例如:也可以在基底预制体160的外延生长面依次生长第一半导体层110、活性层120以及第二半导体层130;然后在第一半导体层110及第二半导体层130上分别设置第一电极140及第二电极150;最后刻蚀所述基底预制体160远离活第一半导体层110的表面,从而形成多个第一三维纳米结构104等等。
本发明第一实施例提供的发光二极管10的制备方法具有以下优点:其一,通过控制氯气及氩气的通入速率,可以使刻蚀气体进行纵向刻蚀和横向刻蚀,从而形成所述多个三维纳米结构;其二,通过电子束曝光系统及微波等离子体系统相结合可方便的制备大面积周期性的三维纳米结构,形成一大面积的三维纳米结构阵列,从而提高了所述发光二极管的产率。
请参阅图9,本发明第二实施例提供一种发光二极管20,包括:一基底100、一第一半导体层210、一活性层220、一第二半导体层130、一第一电极140以及一第二电极150。所述第一半导体层210、活性层220、第二半导体层130以及第二电极150依次层叠设置于所述基底100的表面,所述第一半导体层210与所述基底100接触设置。所述基底100远离第一半导体层210的表面为所述发光二极管20的出光面,所述第一电极140与所述第一半导体层210电连接。所述第二电极150与所述第二半导体层130电连接。
本发明第二实施例提供的发光二极管20与第一实施例中的发光二极管10的结构基本相同,其区别在于,在所述发光二极管20中,所述第一半导体层210靠近所述活性层220的表面具有多个第二三维纳米结构214。所述第二三维纳米结构214为从所述第一半导体层210的本体212向外延伸出的凸起实体。所述第二三维纳米结构214可以为条形凸起结构、点状凸起结构或条形凸起结构与点状凸起结构的组合等等。所述条形凸起结构的横截面可以是三角形、方形、矩形、梯形、弓形、半圆形或其他形状。所述点状凸起结构的形状为球形、椭球形、单层棱台、多层棱台、单层棱柱、多层棱柱、单层圆台、多层圆台或其他不规则形状。本实施例中,所述第二三维纳米结构214与本发明第一实施例中的第一三维纳米结构104相同,即,所述第二三维纳米结构214的横截面也为半圆形,且该半圆形的半径约为160纳米,相邻两个第二三维纳米结构214的间距为140纳米。
可以理解,由于所述第一半导体层210的靠近所述活性层220的表面具有多个第二三维纳米结构214形成的图案化的表面,因此,所述活性层220的表面亦具有一图案化的表面。具体的,所述活性层220与第一半导体层210接触的表面亦具有多个第三三维纳米结构(未标示),所述第三三维纳米结构为向活性层220内部延伸形成的凹进空间,并且该凹进空间与第一半导体层210中所述凸起实体的第二三维纳米结构214相配合,从而使所述活性层220与所述第一半导体层210具有第二三维纳米结构214的表面无间隙的复合。
进一步的,可在所述活性层220靠近第二半导体层130的表面设置一第四三维纳米结构(图未示)。所述第四三维纳米结构可以为条形凸起结构、点状凸起结构或条形凸起结构与点状凸起结构的组合等等。
可以理解,本发明第二实施例提供的发光二极管20,由于所述第一半导体层210的表面具有多个第二三维纳米结构214,且所述活性层220设置于该多个第二三维纳米结构214的表面,从而增加了所述活性层220与所述第一半导体层210的接触面积,进而提高了所述空穴与电子的复合几率,增加了产生光子的数量,从而可以进一步提高了所述发光二极管20的发光效率。
请参照图10,本发明进一步提供所述发光二极管10的制备方法,具体包括以下步骤:
步骤S21,提供一基底预制体160,所述基底预制体160具有一外延生长面及与该外延生长面相对的表面,所述与外延生长面相对的表面为所述发光二极管10的出光面;
步骤S22,在所述基底预制体160与外延生长面相对的表面,形成多个第一三维纳米结构104,从而形成所述基底100;
步骤S23,在所述外延生长面生长一第一半导体预制层230;
步骤S24,在所述第一半导体预制层230的表面形成多个第二三维纳米结构214,从而形成所述第一半导体层210;
步骤S25,在所述第一半导体层210依次生长一活性层220及一第二半导体层130;
步骤S26,设置一第一电极140,使其与所述第一半导体层210电连接;
步骤S27,设置一第二电极150,使其覆盖所述第二半导体层130远离活性层220的表面,并使所述第二电极150与第二半导体层130电连接。
本发明第二实施例中的发光二极管20的方法制备与本发明第一实施例中的发光二极管10的方法制备基本相同,不同之处在于,在所述基底100的外延生长面形成所述第一半导体预制层230后,进一步在所述第一半导体预制层230远离基底100的表面形成多个第二三维纳米结构214。
可以理解,当所述第二三维纳米结构214的结构与所述第一三维纳米结构104的结构相同时,所述第二三维纳米结构214的制备方法与本发明第一实施例中的第一三维纳米结构104的制备方法相同;当所述第二三维纳米结构214的结构与所述第一三维纳米结构104的结构不同时,所述第二三维纳米结构214的制备方法与本发明第一实施例中的第一三维纳米结构104的制备方法不同。本实施例中,所述第二三维纳米结构214的结构与所述第一三维纳米结构104的结构相同,故,所述第二三维纳米结构214的制备方法与所述第一三维纳米结构104的制备方法相同。
在步骤S25中,所述活性层220的生长方法与活性层120基本相同。具体的,在所述第一半导体层110表面形成所述多个第二三维纳米结构214之后,采用三甲基铟作为铟源,生长所述活性层220,所述活性层220的生长包括以下步骤:
步骤S251,向反应室内通入氨气、氢气及Ga源气体,将反应室的温度保持在700oC~900oC,使反应室压强保持在50托~500托;
步骤S252,向反应室通入三甲基铟,生长InGaN/GaN多量子阱层,在所述第一半导体层110表面形成所述活性层220。
在步骤S252中,由于所述第一半导体层210的表面为具有多个第二三维纳米结构214的图案化表面,因此,当所述外延晶粒生长于该第二三维纳米结构214,从而形成所述活性层220时,所述活性层220与所述第一半导体层210接触的表面形成多个第三三维纳米结构,所述第三三维纳米结构为向所述活性层220内部延伸的凹进空间。所述活性层220与第一半导体层210接触的表卖弄形成一纳米图形,从而使所述活性层220与所述第一半导体层210具有第二三维纳米结构214的表面无间隙的复合。在所述活性层220形成的过程中,将所述第一半导体层210放入一水平生长反应室中,通过控制所述活性层220的厚度以及水平生长、垂直生长的速度等工艺参数,以控制外延晶粒的整体生长方向,而使之沿平行于基底100外延生长面的方向水平生长使所述活性层220远离第一半导体层210的表面形成一平面。
本发明第二实施例提供的发光二极管20的制备方法通过在第一半导体层的表面形成多个三维纳米结构,从而使得所述活性层与该第一半导体层接触的表面形成一图案化的表面,进而增加了所述活性层与所述第一半导体层的接触面积,进而提高了所述空穴与电子的复合几率,增加了产生光子的数量,从而提高了所述发光二极管20的发光效率。
另外,本领域技术人员还可在本发明精神内做其他变化,当然,这些依据本发明精神所做的变化,都应包含在本发明所要求保护的范围之内。
Claims (15)
1.一种发光二极管的制备方法,包括:
提供一基底预制体,所述基底预制体具有一外延生长面以及一与所述外延生长面相对的出光面;
在所述基底预制体的出光面设置一图案化掩膜层,所述图案化掩膜层包括多个并排设置的挡墙,相邻的挡墙之间形成一沟槽,所述基底预制体通过该沟槽暴露出来;
对所述基底预制体进行刻蚀,使每一挡墙对应的基底预制体表面形成一第一三维纳米结构,所述第一三维纳米结构为条形凸起结构,所述条形凸起结构的横截面为弓形;
去除所述掩膜层, 使基底预制体形成一图案化的基底;
在所述外延生长面依次生长一第一半导体层、一活性层及一第二半导体层;
设置一第一电极与所述第一半导体层电连接;以及
设置一第二电极与所述第二半导体层电连接。
2.如权利要求1所述的发光二极管的制备方法,其特征在于,所述挡墙为直线形、折线形或曲线形,且并排延伸。
3.如权利要求1所述的发光二极管的制备方法,其特征在于,所述挡墙按照等间距排布、同心圆环排布或同心回形排布。
4.如权利要求1所述的发光二极管的制备方法,其特征在于,所述相邻的两个挡墙之间的距离为10纳米~1000纳米。
5.如权利要求1所述的发光二极管的制备方法,其特征在于,所述挡墙的宽度为200纳米~1000纳米。
6.如权利要求1所述的发光二极管的制备方法,其特征在于,所述挡墙的宽度为300纳米~400纳米,所述相邻的两个挡墙之间的距离为100纳米~200纳米。
7.如权利要求1所述的发光二极管的制备方法,其特征在于,所述在基底预制体的出光面上设置一图案化掩膜层的步骤包括:
通过旋转涂布、裂缝涂布、裂缝旋转涂布或者干膜涂布法在所述基底预制体的出光面设置一掩膜层;
通过电子束曝光法、光刻法以及纳米压印法在所述基底预制体上的掩膜层形成多个沟槽,使所述掩膜层图案化。
8.如权利要求1所述的发光二极管的制备方法,其特征在于,所述对基底预制体进行刻蚀的方法为:通过等离子体对暴露于沟槽的基底预制体进行刻蚀。
9.如权利要求8所述的发光二极管的制备方法,其特征在于,所述等离子体刻蚀中的刻蚀气体包括Cl2及Ar2气体。
10.如权利要求9所述的发光二极管的制备方法,其特征在于,所述Cl2流速小于Ar2的流速。
11.如权利要求9所述的发光二极管的制备方法,其特征在于,所述Cl2的流速为4 sccm~20 sccm;所述Ar2的流速为10 sccm ~60 sccm;所述工作气体形成的气压为2帕~10帕。
12.如权利要求1所述的发光二极管的制备方法,其特征在于,在所述外延生长面生长一第一半导体层后,进一步在所述第一半导体层远离基底的表面形成多个第二三维纳米结构。
13.如权利要求1所述的发光二极管的制备方法,其特征在于,在所述外延生长面生长一第一半导体层以及活性层后,进一步在所述活性层远离第一半导体层的表面形成一第三三维纳米结构。
14.如权利要求1所述的发光二极管的制备方法,其特征在于,所述设置第二电极方法具体包括:使所述第二电极完全覆盖所述第二半导体层远离活性层的表面。
15.如权利要求14所述的发光二极管的制备方法,其特征在于,进一步在所述第二电极远离第二半导体层的表面设置一反射层,所述反射层完全覆盖所述第二电极远离第二半导体层的表面。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201210089072.9A CN103367560B (zh) | 2012-03-30 | 2012-03-30 | 发光二极管的制备方法 |
TW101112522A TWI441352B (zh) | 2012-03-30 | 2012-04-09 | 發光二極體的製備方法 |
US13/728,018 US9178113B2 (en) | 2012-03-30 | 2012-12-27 | Method for making light emitting diodes |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201210089072.9A CN103367560B (zh) | 2012-03-30 | 2012-03-30 | 发光二极管的制备方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN103367560A true CN103367560A (zh) | 2013-10-23 |
CN103367560B CN103367560B (zh) | 2016-08-10 |
Family
ID=49235560
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201210089072.9A Active CN103367560B (zh) | 2012-03-30 | 2012-03-30 | 发光二极管的制备方法 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US9178113B2 (zh) |
CN (1) | CN103367560B (zh) |
TW (1) | TWI441352B (zh) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104183678A (zh) * | 2014-08-22 | 2014-12-03 | 江苏鑫博电子科技有限公司 | 一种led倒装芯片、led倒装芯片的图形化衬底及制作方法 |
CN104538514A (zh) * | 2014-12-31 | 2015-04-22 | 杭州士兰微电子股份有限公司 | 倒装led芯片结构及其制作方法 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5853960A (en) * | 1998-03-18 | 1998-12-29 | Trw Inc. | Method for producing a micro optical semiconductor lens |
US6495862B1 (en) * | 1998-12-24 | 2002-12-17 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Nitride semiconductor LED with embossed lead-out surface |
US20050145862A1 (en) * | 2003-12-31 | 2005-07-07 | Lg Electronics Inc. | Light emitting device and manufacturing method thereof |
CN200986927Y (zh) * | 2006-09-15 | 2007-12-05 | 林三宝 | 具有微光学结构的发光二极管 |
Family Cites Families (19)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3782357B2 (ja) * | 2002-01-18 | 2006-06-07 | 株式会社東芝 | 半導体発光素子の製造方法 |
JP3737494B2 (ja) * | 2003-06-10 | 2006-01-18 | 株式会社東芝 | 半導体発光素子及びその製造方法並びに半導体発光装置 |
US6781160B1 (en) | 2003-06-24 | 2004-08-24 | United Epitaxy Company, Ltd. | Semiconductor light emitting device and method for manufacturing the same |
JP4634081B2 (ja) * | 2004-03-04 | 2011-02-16 | 浜松ホトニクス株式会社 | 半導体レーザ素子及び半導体レーザ素子アレイ |
EP2426743B1 (en) * | 2004-10-22 | 2019-02-20 | Seoul Viosys Co., Ltd | GaN compound semiconductor light emitting element and method of manufacturing the same |
US20070018182A1 (en) * | 2005-07-20 | 2007-01-25 | Goldeneye, Inc. | Light emitting diodes with improved light extraction and reflectivity |
KR20080104148A (ko) * | 2006-02-17 | 2008-12-01 | 더 리전츠 오브 더 유니버시티 오브 캘리포니아 | 반극성 (Al,In,Ga,B)N 광전자 소자들의 성장 방법 |
US20080149946A1 (en) * | 2006-12-22 | 2008-06-26 | Philips Lumileds Lighting Company, Llc | Semiconductor Light Emitting Device Configured To Emit Multiple Wavelengths Of Light |
US7977695B2 (en) * | 2007-09-21 | 2011-07-12 | Lg Innotek Co., Ltd. | Semiconductor light emitting device and method for manufacturing the same |
TWI430467B (zh) | 2008-04-21 | 2014-03-11 | Univ Nat Taiwan Normal | 具有抗反射表面的太陽電池的製造方法 |
TWI420694B (zh) | 2008-07-29 | 2013-12-21 | Epistar Corp | 光電元件 |
KR100882240B1 (ko) | 2008-09-11 | 2009-02-25 | (주)플러스텍 | 질화물 반도체 발광소자 및 제조방법 |
KR101047718B1 (ko) * | 2008-11-26 | 2011-07-08 | 엘지이노텍 주식회사 | 발광 소자 |
JP2010161354A (ja) | 2008-12-08 | 2010-07-22 | Showa Denko Kk | 半導体発光素子用テンプレート基板、半導体発光素子用テンプレート基板の製造方法、半導体発光素子の製造方法及び半導体発光素子 |
US8563853B2 (en) * | 2009-10-20 | 2013-10-22 | Industrial Technology Research Institute | Solar cell device |
TWI440193B (zh) | 2009-10-20 | 2014-06-01 | Ind Tech Res Inst | 太陽能電池裝置 |
CN102130254B (zh) * | 2010-09-29 | 2015-03-11 | 映瑞光电科技(上海)有限公司 | 发光装置及其制造方法 |
CN103187476B (zh) * | 2011-12-29 | 2016-06-15 | 清华大学 | 太阳能电池的制备方法 |
CN103367570B (zh) * | 2012-03-30 | 2016-01-20 | 清华大学 | 白光led |
-
2012
- 2012-03-30 CN CN201210089072.9A patent/CN103367560B/zh active Active
- 2012-04-09 TW TW101112522A patent/TWI441352B/zh active
- 2012-12-27 US US13/728,018 patent/US9178113B2/en active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5853960A (en) * | 1998-03-18 | 1998-12-29 | Trw Inc. | Method for producing a micro optical semiconductor lens |
US6495862B1 (en) * | 1998-12-24 | 2002-12-17 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Nitride semiconductor LED with embossed lead-out surface |
US20050145862A1 (en) * | 2003-12-31 | 2005-07-07 | Lg Electronics Inc. | Light emitting device and manufacturing method thereof |
CN200986927Y (zh) * | 2006-09-15 | 2007-12-05 | 林三宝 | 具有微光学结构的发光二极管 |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104183678A (zh) * | 2014-08-22 | 2014-12-03 | 江苏鑫博电子科技有限公司 | 一种led倒装芯片、led倒装芯片的图形化衬底及制作方法 |
CN104538514A (zh) * | 2014-12-31 | 2015-04-22 | 杭州士兰微电子股份有限公司 | 倒装led芯片结构及其制作方法 |
CN104538514B (zh) * | 2014-12-31 | 2017-07-11 | 杭州士兰微电子股份有限公司 | 倒装led芯片结构及其制作方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN103367560B (zh) | 2016-08-10 |
US20130260491A1 (en) | 2013-10-03 |
TWI441352B (zh) | 2014-06-11 |
US9178113B2 (en) | 2015-11-03 |
TW201340374A (zh) | 2013-10-01 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN103137812B (zh) | 发光二极管 | |
CN102760802B (zh) | 发光二极管 | |
CN103378238A (zh) | 发光二极管 | |
CN103137798B (zh) | 发光二极管的制备方法 | |
CN103378234A (zh) | 发光二极管 | |
CN110783167A (zh) | 一种半导体材料图形衬底、材料薄膜及器件的制备方法 | |
CN103035785B (zh) | 发光二极管的制备方法 | |
CN103035799B (zh) | 发光二极管 | |
CN103137796B (zh) | 发光二极管的制备方法 | |
CN103137816B (zh) | 发光二极管 | |
CN103035800A (zh) | 发光二极管 | |
CN102760804B (zh) | 发光二极管 | |
CN103137797B (zh) | 发光二极管的制备方法 | |
CN103035798A (zh) | 发光二极管 | |
CN103137811B (zh) | 发光二极管 | |
CN103367560B (zh) | 发光二极管的制备方法 | |
CN103367562B (zh) | 发光二极管及光学元件的制备方法 | |
CN103367583B (zh) | 发光二极管 | |
CN103367584A (zh) | 发光二极管及光学元件 | |
CN103035784B (zh) | 发光二极管的制备方法 | |
CN103474524B (zh) | 发光二极管的制备方法 | |
CN103367585B (zh) | 发光二极管 | |
CN103367561B (zh) | 发光二极管的制备方法 | |
CN103474533A (zh) | 发光二极管 |
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 |