CN104952996B - 一种发光二极管的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种发光二极管的制作方法，包含以下步骤：（1）将衬底蚀刻出凹陷的半球状图形；（2）将聚苯乙烯球沉积在半球状图形中；（3）在聚苯乙烯球上方沉积一缓冲层；（4）采用高温或激光照射聚苯乙烯球，将其分解掉形成球状的空气层缓冲层模板；（5）在球状的空气层缓冲层模板外延生长发光二极管结构，形成具有球状空气层结构的发光二极管，增大出光角，提升光提取效率，从而提升发光效率和发光强度。
Description
技术领域
本发明涉及半导体光电器件领域，特别是一种发光二极管的制作方法。
背景技术
现今，发光二极管（LED），特别是GaN基LED因其较高的发光效率，在普通照明领域已取得广泛的应用。但是，由于发光二极管的发光从外延层发射到空气层，因外延层的折射率大于空气层，光从光密材料发射到光疏材料会面临全反射角问题，导致入射角度大于全反射角的光线被完全反射而无法离开发光二极管。特别是GaN基发光二极管，因GaN的折射率为2.38，空气的折射率为1.0，导致从GaN发光二极管出射的光的全反射角仅为约23度，从而引起光提取效率偏低，发光效率和发光强度偏低的问题。虽然目前可采用图形化PSS衬底、P型粗化等技术来提升光提取效率，但目前取得的光提取效率仍较高。
鉴于现有技术中存在发光二极管LED的光提取效率仍偏低，因此有必要提出一种新的一种发光二极管的制作方法。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种简易且易于规模化生产的发光二极管的制作方法，通过聚苯乙烯球制作具有球状空气层的发光二极管，提升发光二极管的光提取效率。
本发明公开了一种发光二极管的制作方法，其特征包含以下步骤：（1）将衬底蚀刻出凹陷的半球状图形；（2）将聚苯乙烯球沉积在半球状的图形中；（3）在聚苯乙烯球上方沉积缓冲层；（4）采用高温或激光照射聚苯乙烯球，将其分解，形成球状空气层的缓冲层模板；（5）在球状空气层的缓冲层模板外延生长发光二极管结构，形成具有球状空气层结构的发光二极管，增大出光角，提升光提取效率，从而提升发光效率和发光强度。
进一步地，所述衬底为蓝宝石、碳化硅、硅、氮化镓、氮化铝、ZnO等适合外延生长的衬底。
进一步地，所述的步骤（1）采种干法蚀刻出凹陷的半球状图形。
进一步地，所述的步骤（1）的半球状图形的直径为0.01~10μm，图形间距为0.01~10μm，优选直径为0.2μm，间距为0.1μm。
进一步地，所述的步骤（2）沉积在凹陷的半球状图形的材料为聚苯乙烯。
进一步地，所述的步骤（2）沉积聚苯乙烯的方法有旋涂法、机械转移法、纳米压印等各种能将聚苯乙烯沉积进半球状图形的方法。
进一步地，所述的步骤（3）在聚苯乙烯球上方沉积缓冲层的材料为GaN、AlN、InN及其组分在0~100%的AlxGa1-xN(0<x<1)，InyGa1-yN(0<y<1)，AlzIn1-zN(0<z<1)三元和四元AlInGaN混晶，优选低温的GaN缓冲层。
进一步地，所述的步骤（3）在聚苯乙烯球上方沉积缓冲层的方法为MOCVD外延、MBE外延、磁控溅射、电子束蒸发等各种沉积缓冲层的方法，优选磁控溅射法。
进一步地，所述的步骤（3）在聚苯乙烯球上方沉积一层缓冲层的厚度为0.001~10μm，优选缓冲层的厚度为0.5μm。
进一步地，所述的步骤（4）的方法为加热样品或激光照射样品，使聚苯乙烯球分解成气体逸出，形成具有空气层的模板。
进一步地，所述的步骤（4）的激光波长为100~350nm，或者采用温度为100~2000度加热样品。
进一步地，所述的步骤（5）在球状空气层的缓冲层模板采用MOCVD金属有机化学气相沉积方法外延生长发光二极管结构。
附图说明
图1为本发明实施例的发光二极管的制作方法的步骤（1）。
图2为本发明实施例的发光二极管的制作方法的步骤（2）。
图3为本发明实施例的发光二极管的制作方法的步骤（3）~（4）。
图4为本发明实施例的发光二极管的制作方法的步骤（5）。
图示说明：100：蓝宝石衬底，101：凹陷的半球状图形，102：聚苯乙烯球，103：磁控溅射GaN缓冲层，104：U型GaN，105：N型GaN，106：MQW，107：P型GaN，108：P型接触层。
具体实施方式
下面结合示意图对本发明进行详细的描述，在进一步介绍本发明之前，应当理解，由于可以对特定的实施例进行改造，因此，本发明并不限于下述的特定实施例。还应当理解，由于本发明的范围只由所附权利要求限定，因此所采用的实施例只是介绍性的，而不是限制性的。除非另有说明，否则这里所用的所有技术和科学用语与本领域的普通技术人员所普遍理解的意义相同。
请参照附图1，第一步，如步骤（1）所示，采用光罩和干蚀刻方法在蓝宝石衬底100上蚀刻出凹陷的半球状图形101，半球形的直径为200nm，间距为100nm，均匀分布在蓝宝石衬底上。采用干蚀刻的方法易于控制图形的间距、大小和分布的均匀性，适合于大规模生产。
请参照附图2，第二步，如步骤（2）所示，采用旋涂法将聚苯乙烯球102均匀旋涂在半球状图形中，由于球状的凹陷位置的能量最低，聚苯乙烯球在机械振动的作用下易于均匀地落在凹陷位置101。
请参照附图3，第三步，如步骤（3）和（4）所示，采种磁控溅射法在聚苯乙烯覆盖的衬底上方沉积一层500nm的GaN氮化镓缓冲层103，因氮化镓均匀地溅射在聚苯乙烯球上方，形成半球状的缓冲层。然后，采用325nm的激光聚焦在聚苯乙烯层里，使其分解为气体逸出，从而形成具有球状空气层的GaN缓冲层模板。
请参照附图4，第四步，如步骤（5）所示，将具有球状空气层的GaN缓冲层模板放在MOCVD金属有机化学气相沉积腔里，通入有机金属源如TMGA、TMIn、TMAl、TEGA、Cp2Mg、掺杂气体SiH4以及载气N2等，外延生长U型GaN104、N型GaN 105， MQW 106，P型GaN 107，P型接触层108等，外延生长GaN基发光二极管结构，制作成具有球状空气层的发光二极管，提升光提取效率，进而提升发光强度和发光效率。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非用于限定本发明，本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明做出各种修饰和变动，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应视权利要求书范围限定。
Claims (12)
1.一种发光二极管的制作方法，其特征包含以下步骤：
（1）将衬底蚀刻出凹陷的半球状图形；
（2）将聚苯乙烯球沉积在半球状图形中；
（3）在聚苯乙烯球上方沉积一缓冲层；
（4）采用高温或激光照射聚苯乙烯球，将其分解，形成球状空气层的缓冲层模板；
（5）在球状空气层的缓冲层模板外延生长发光二极管结构，形成具有球状空气层结构的发光二极管，增大出光角，提升光提取效率，从而提升发光效率和发光强度。
2.根据权利要求1所述的一种发光二极管的制作方法，其特征在于：所述衬底为蓝宝石、碳化硅、硅、氮化镓、氮化铝、ZnO适合外延生长的衬底。
3.根据权利要求1所述的一种发光二极管的制作方法，其特征在于：所述的步骤（1）采用干法蚀刻出凹陷的半球状图形。
4.根据权利要求1所述的一种发光二极管的制作方法，其特征在于：所述的步骤（1）的半球状图形的直径为0.01~10 μm，图形间距为0.01~10 μm。
5.根据权利要求1所述的一种发光二极管的制作方法，其特征在于：所述的步骤（2）沉积在凹陷的半球状图形的材料为聚苯乙烯。
6.根据权利要求1所述的一种发光二极管的制作方法，其特征在于：所述的步骤（2）沉积聚苯乙烯的方法有旋涂法或机械转移法或纳米压印能将聚苯乙烯沉积进半球状图形的方法。
7.根据权利要求1所述的一种发光二极管的制作方法，其特征在于：所述的步骤（3）在聚苯乙烯球上方沉积缓冲层的材料为GaN、AlN、InN。
8.根据权利要求1所述的一种发光二极管的制作方法，其特征在于：所述的步骤（3）在聚苯乙烯球上方沉积缓冲层的方法为MOCVD外延或MBE外延或磁控溅射或电子束蒸发沉积缓冲层的方法。
9.根据权利要求1所述的一种发光二极管的制作方法，其特征在于：所述的步骤（3）在聚苯乙烯球上方沉积缓冲层的厚度为0.001~10μm。
10.根据权利要求1所述的一种发光二极管的制作方法，其特征在于：所述的步骤（4）的方法为加热样品或激光照射样品，使聚苯乙烯球分解成气体逸出，形成具有空气层的模板。
11.根据权利要求1所述的一种发光二极管的制作方法，其特征在于：所述的步骤（4）的激光波长为100~350nm，或者采用温度为100~2000度加热。
12.根据权利要求1所述的一种发光二极管的制作方法，其特征在于：所述的步骤（5）在球状空气层的缓冲层模板采用MOCVD金属有机化学气相沉积方法外延生长发光二极管结构。
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