CN104319327A - 一种提高led光提取效率的激光深层结构及其加工方法 - Google Patents
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Abstract
一种提高LED光提取效率的激光深层结构，其自上而下依次包括：一SiO2层，一p-GaN层，一MQW层，一n-GaN层，一蓝宝石基底。其中，SiO2/p-GaN层和n-GaN/蓝宝石层表面设有经过图形制备的图形结构。本发明的一种提高LED光提取效率的激光深层结构，其通过在LED的正面和背面分别或同时进行图形化处理，并且采用脉冲激光，能有效的减少甚至是消除全发射，从而使LED的光提取效率提高。
Description
技术领域
本发明涉及LED结构及其制备技术领域，尤其涉及一种可提高LED光提取效率的激光深层结构及其加工方法。
背景技术
发光二极管(LED)由于发光效率高、寿命长，且光强容易调节，因此被认为是一种非常有吸引力的光源。LED已经被广泛应用于交通信号灯、显示屏背景照明、电视机背景照明、汽车前灯/尾灯以及传统照明，值得指出的是，与白炽灯相比能够节约40％能量。
如图1所示，典型的表面发光二极管LED有几个微米厚度的高折射率GaN(～2.4)，在表面上具有多量子阱结构(MQWs)。传统的无图案的表面发光二极管，大多数从多量子阱发出的光将会被限制甚至困在高折射率的GaN板中，这主要是因为在不同类型的界面存在全反射现象，如GaN/空气,或者GaN/SiO2钝化层/空气。LED有源层产生的光，只有一小部分(大约4.5％)可以发射到自由空间，而约95％的部分被LED结构所吸收产生了热量。在过去的30年的LED产业中，人们一直努力减少甚至消除全反射(TIR)的限制。一方面受限与LED的结构，与此同时传统的这种制备方法常采用光刻，这种方式成本高，且不适合大面积加工。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提高LED光提取效率的激光深层结构及其加工方法，用于解决现有技术中LED光提取效率低的问题。
为达到上述目的，本发明所提出的技术方案为：
本发明的一种提高LED光提取效率的激光深层结构，其自上而下依次包括：一SiO2层，一p-GaN层，一MQW层，一n-GaN层，一蓝宝石基底。
其中，SiO2/p-GaN层和n-GaN/蓝宝石层表面设有经过图形制备的图形结构。
一种提高LED光提取效率的激光深层结构的加工方法，在LED正面和背面制备图形结构，包括以下步骤：
第一步，在LED正面和背面采用旋涂或喷涂的方法沉淀一层保护涂层；
第二步，进行激光参数选择，采用脉冲激光对LED的正面和背面进行图形制备；
第三步，去除涂层；
其中所述的LED正面为SiO2/p-GaN层，所述的LED背面为n-GaN/蓝宝石层。
其中，在对LED正面进行图形制备时，所述的第二步是通过选择合适的激光参数及加工参数对SiO2/n-GaN进行材料去除以制备所需要的图形化结构；在对LED背面进行图形制备时，第二步是通过选择合适的激光参数及加工参数对蓝宝石/n-GaN进行材料去除以制备所需要的图形化结构，或者是对蓝宝石/n-GaN进行激光损伤或改性处理之后对其进行选择性化学腐蚀处理以得到所需的图形化结构，其中所述的在正面和背面制备图形化结构时，涂层涂覆为图形化结构制备面。
其中，所述的激光为单光束激光或多光束激光。
其中，所述的第二步的激光参数包括：激光波长，脉冲宽度，激光功率，重复频率，聚焦光斑大小以及扫描速度。
其中，所述的LED正面和背面图形化制备采用脉冲激光去除或非去除的方法构建。
其中，所述的图形制备的图形包括：沟槽形，斜顶形，或孔洞形。
其中，所述的图形制备的深度小于LED正面P-GaN层的厚度。所述的LED正面图形制备的深度小于LED正面P-GaN/SiO2层的厚度，所述的LED背面图形制备的深度小于背面n-GaN/蓝宝石层的厚度。
其中，所述的激光是紫外激光或超快激光。
与现有技术相比，本发明的一种提高LED光提取效率的激光深层结构，其通过在LED的正面和背面同时进行图形化处理，并且采用脉冲激光，能有效的减少甚至是消除全发射，从而使LED的光提取效率提高。
附图说明
图1为现有的一种表面无图形化的LED结构示意图；
图2为本发明的提高LED光提取效率的激光深层结构的结构示意图；
图3为本发明的提高LED光提取效率的激光深层结构的加工方法的LED正面图形化过程示意图；
图4为本发明的提高LED光提取效率的激光深层结构的加工方法的LED背面图形化过程示意图；
图5为本发明的提高LED光提取效率的激光深层结构的第一种图形结构示意图；
图6为本发明的提高LED光提取效率的激光深层结构的第二种图形结构示意图；
图7为本发明的提高LED光提取效率的激光深层结构的第三种图形结构示意图。
具体实施方式
以下参考附图，对本发明予以进一步地详尽阐述。
请参阅图2，本发明的一种提高LED光提取效率的激光深层结构，其自上而下依次包括：一SiO2层11，一p-GaN层12，一MQW层13，一n-GaN层14，一蓝宝石基底15。并且，SiO2/p-GaN层和n-GaN/蓝宝石层表面分别或共同设有经过图形制备的图形结构。在所述的提高光提取效率的激光深层结构的表层进行图形制备时，所述的SiO2层11和蓝宝石层15表面还设有一涂层10，其为对激光有很强吸收的材料，该涂层10采用旋涂或喷涂的方式在其表面沉淀的层容易去除的涂层，根据所选用参数的激光的波长，该涂层10可用于光吸收层以减少热效应。参阅附图5，附图6，或附图7，该种提高LED光提取效率的激光深层结构，在LED的正面和背面分别进行脉冲激光图形制备时，可制备的图形是图形化或任意的，在本实施例中，该图形包括如附图5所示的沟槽形，如附图6所述的斜顶形，以及附图7所述的孔洞形。所述的图形制备是为了消除或减少全反射，以增加光的提取效率。
参阅附图3和附图4(增加：增加的附图)，本发明还提出了一种用于提高LED光提取效率的激光深层结构的加工方法，其采用在LED正面和背面制备图形结构，包括以下步骤：
第一步，在LED正面和背面采用旋涂或喷涂的方法沉淀一层保护涂层；
第二步，进行激光参数选择，采用脉冲激光对LED的正面和背面进行图形制备；
第三部，去除涂层；
并且，所述的LED正面为SiO2/p-GaN层，所述的LED背面为n-GaN/蓝宝石层。
以下将详细介绍对LED正面(SiO2/p-GaN层)和对LED背面(n-GaN/蓝宝石层)分别图形化制备的过程及方法：
(1)在LED正面(SiO2/p-GaN)制备图形结构的具体操作步骤:
a)在SiO2/p-GaN表面采用旋涂或喷涂的方法在其表面沉积一层容易去除的涂层；
b)选择合适的激光参数对其进行图形化制备；
c)去除涂层；
获得图形化，其中，图形可以为沟槽形，斜顶形，或孔洞形。其中，激光参数选择是需要注意是：首先，图形深度应该小于SiO2/p-GaN层的厚度，以避免或减少对多量子阱层的影响。任何对多量子阱层的影响都将会引起LED性能的灾难性的破坏。其次，需要选择合适的激光参数(激光波长、脉冲宽度、激光功率、重复频率、聚焦光斑大小、扫描速度)，在保证所需效率和器件寿命的同时，将对多量子阱层的影响降到最小。对于SiO2/GaN图形化，紫外激光或者超快激光可以有效地减少热效应，这主要是因为SiO2和GaN都具有高带隙和结合强度。
(2)在LED背面(n-GaN/蓝宝石)制备图形结构的具体操作步骤：
方法1：采用脉冲激光对LED背面进行改性处理，然后对其进行选择性化学腐蚀；所述的选择性化学腐蚀是通过一种化学材料对改性处理后的LED背面进行腐蚀处理，以腐蚀掉改性后的材料部分，得到所需的图形化结构。
a)在SiO2/p-GaN表面采用旋涂或喷涂的方法在其表面沉积一层容易去除的涂层；
b)选择合适的激光参数对LED背面进行激光改性处理；
c)对LED背面进行选择性化学腐蚀。
d)去除涂层。
获得在LED背面(n-GaN/蓝宝石)的图形化
其中，表面涂层的目的是为了避免SiO2/p-GaN层受到污染或损坏，并且激光参数的选择要注意避免材料发生消融或者烧蚀(此处可补充具体的参数选择举例)其中图形化的图形与所述的LED正面图形制备相同。
方法2：采用脉冲激光直接在n-GaN/蓝宝石层上钻孔
a)在n-GaN/蓝宝石采用旋涂或喷涂的方法在其表面沉积一层容易去除的涂层；
b)选择合适的激光参数对LED背面进行加工；
c)在LED背面n-GaN/蓝宝石获得图形化。
d)去除涂层。
其中，所述的激光为单光束激光或多光束激光。
其中，所述的第二步的激光参数包括：激光波长，脉冲宽度，激光功率，重复频率，聚焦光斑大小以及扫描速度。其中，所述的LED正面和背面的图形化制备采用脉冲激光去除或非去除的方法构建。所述的去除和非去除就是上述所有方法的总结，如采用化学腐蚀就是非去除法，其余都是除法
其中，所述的图形制备的图形包括：沟槽形，斜顶形，或孔洞形。
其中，所述的图形制备的深度小于背面n-GaN层的厚度其中，所述的激光是紫外激光或超快激光。
上述内容，仅为本发明的较佳实施例，并非用于限制本发明的实施方案，本领域普通技术人员根据本发明的主要构思和精神，可以十分方便地进行相应的变通或修改，故本发明的保护范围应以权利要求书所要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种提高LED光提取效率的激光深层结构，其特征在于，自上而下依次包括：一SiO2层，一p-GaN层，一MQW层，一n-GaN层，一蓝宝石层的基底。
2.如权利要求1所述的提高LED光提取效率的激光深层结构，其特征在于，SiO2/p-GaN层和n-GaN/蓝宝石层表面设有经过图形制备的图形结构。
3.一种提高LED光提取效率的激光深层结构的加工方法，其特征在于，在LED正面和背面制备图形结构，包括以下步骤：
第一步，在LED正面和背面采用旋涂或喷涂的方法沉淀一层保护涂层；
第二步，进行激光参数选择，采用脉冲激光对LED的正面和背面进行图形制备；
第三步，去除涂层；
其中所述的LED正面为SiO2/p-GaN层，所述的LED背面为n-GaN/蓝宝石层。
4.如权利要求3所述的提高LED光提取效率的激光深层结构的加工方法，其特征在于，在对LED正面进行图形制备时，所述的第二步是通过选择合适的激光参数及加工参数对SiO2/n-GaN进行材料去除以制备所需要的图形化结构；在对LED背面进行图形制备时，对蓝宝石/n-GaN进行激光损伤或改性处理之后对其进行选择性化学腐蚀处理以得到所需的图形化结构。
5.如权利要求3所述的提高LED光提取效率的激光深层结构的加工方法，其特征在于，所述的激光为单光束激光或多光束激光。
6.如权利要求3所述的提高LED光提取效率的激光深层结构的加工方法，其特征在于，所述的第二步的激光参数包括：激光波长，脉冲宽度，激光功率，重复频率，聚焦光斑大小以及扫描速度。
7.如权利要求3所述的提高LED光提取效率的激光深层结构的加工方法，其特征在于，所述的LED正面和背面的图形制备采用脉冲激光去除或非去除的方法构建。
8.如权利要求3所述的提高LED光提取效率的激光深层结构的加工方法，其特征在于，所述的图形制备的图形包括：沟槽形，斜顶形，或孔洞形。
9.如权利要求7所述的提高LED光提取效率的激光深层结构的加工方法，其特征在于，所述的LED正面图形制备的深度小于LED正面P-GaN/SiO2层的厚度，所述的LED背面图形制备的深度小于背面n-GaN/蓝宝石层的厚度。
10.如权利要求3所述的提高LED光提取效率的激光深层结构的加工方法，其特征在于，所述的激光是紫外激光或超快激光。
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Cited By (1)
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| CN108269888A (zh) * | 2016-12-31 | 2018-07-10 | 山东华光光电子股份有限公司 | 一种利用激光刻蚀制备蓝宝石图形衬底的方法及应用 |
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2014
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