CN1921163A - 图案化基板以及利用图案化基板的发光器件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用在发光二极管制备技术上的图案化基板以及利用图案化基板的发光器件。利用图案化蓝宝石基板进行发光二极管薄膜生长时，在活性层产生的光因基板上形成的凹凸而产生折射或散射，从而增加了向发光二极管芯片外部释放光的概率，以至发光二极管的外部量子效率得以提升。本发明是关于在上述基板形成的凹凸的形态及排列，为了增加发光二极管的光输出，在上述基板形成凹凸的方法上，本发明提供一种图案形成方法，与现有技术所采用的蜂窝结构相比，该方法的光输出更加优异，薄膜生长也容易。

Description

图案化基板以及利用图案化基板的发光器件

所属技术领域

本发明涉及一种应用在发光二极管制备技术上的图案化基板以及利用图案化基板的发光器件。

背景技术

在发光二极管技术上，在活性层中产生的光，只有极少部分逸出芯片以外。因此，一般情况下即便内量子效率再高，发光二极管的外量子效率也难以达到20％以上。

这是因为，形成发光二极管的半导体物质的折射率与周边环氧或空气的折射率不同，因此，在发光二极管内部产生的光中，只有小角度入射的光方可被释放出来，即入射角小于芯片和环氧或芯片和空气界面的全反射角。而以大于全反射角的角度入射到界面的光，只能在发光二极管内部继续产生全反射，最终再次被吸入到内部变成热。为了解决这些问题，业界采用各种各样的方法，比如在发光二极管芯片表面形成粗糙度，或者将异物作为光散射点放进发光二极管内部进行薄膜生长，或者基板上形成凹凸等，这些方法会分散发光二极管内部的光的方向，以使光在经过几次反射之后被释放出来。

现有技术采用的图案化蓝宝石基板的凹凸如图1所示，形成蜂窝结构。该图案形态采用把图案之间的间隙缩到最小的排列结构。但是，图案之间的间隙对薄膜生长有着重要的作用，根据生长设备或生长工艺而不同，间隙至少要有几um以上。但是在蜂窝结构上，如果扩大图案之间的间隙，那么图案在总体面积中所占的比率将会骤减。发光二极管的光输出倾向于：随着凹凸密度的增加，光分散会增多，以至发光二极管的光输出也会增加。然而，如前面所述，如果图案之间的间隙变大而图案密度变小，那么光输出会减少。

发明内容

本发明就是要解决上述的这些问题，目的是为了提高图案密度，同时确保初期生长所需要的间隙，本发明在形成图案化蓝宝石基板图案时，在现有的蜂窝结构的基础上，将图案排列成如图2所示的正交形态。并且在基板形成凹凸时采取多种几何图形，只要平版印刷术工艺和蚀刻工艺的分辨能力允许，可以把各种图形作为基本图样排列在基板上。

本发明与现有技术所采用的蜂窝结构的凹凸相比，可以增加凹凸的密度，同时增加了光输出。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。

图1为现有技术概略图。

图2为本发明技术概略图。

图3为凹凸的截面图。

图4为凹凸的截面图。

图5为根据凹凸尺寸的发光效率曲线图。

图6为根据凹凸尺寸和高度比的发光效率曲线图。

具体实施方式

从图中可以看出，根据本发明的排列，图案之间的间隙并非最小化，这是因为，即使是紧密排列的图案，图案之间还是会产生一定的间隙。一般认为，这种方法会比密集排列的蜂窝结构产生更多的间隙，致使光分散效果降低，但是对照图1和图2可以发现，相比为了进行薄膜生长而在图案之间形成间隙的蜂窝结构，正交排列的图案密度会更高。若将本发明的技术应用于发光器件上，那么，相比现有的蜂窝形态的排列，光输出会有所提高。

另外，在基板形成凹凸时，我们可以采用如图3、4所示的多种几何图形。这些图形包括圆形、三角形、方形等，只要平版印刷术工艺和蚀刻工艺的分辨能力允许，可以把各种图形作为基本图样排列在基板上。

凹凸的截面形态对光输出的作用也很重要。如果凹凸的高度太低，与平面相差无几，就会在很大程度上降低光分散能力。如果凹凸的高度太高，将难以进行薄膜生长。因此，这种凹凸的尺寸与形态的优化，是使光输出达到最高且顺利进行薄膜生长所必需的。

利用这种图案形成凹凸时，首先凹凸的高度和侧面斜度的作用极其重要。出自发光二极管内部的光，根据发光二极管的种类，会在可见光区域里产生不同的波长，但是与一般灯泡不同，它具有半波宽30nm以下、几近单光的发光波长。光衍射和折射以及散射等，主要受到与光产生作用的物体形状和尺寸的影响，如果物体的尺寸比波长小很多，则光分散能力会下降，如果物体的尺寸比波长大很多，则薄膜生长有一定的难度。

凹凸的尺寸以略大于发光二极管发光波长的为好。从图5中可以看出，凹凸宜采用与发光二极管波长相似的尺寸，如果凹凸的尺寸大于波长过多，则对光输出没有太大的帮助。

凹凸的高度以凹凸尺寸的一半以上为宜。尽管这种凹凸的尺寸和高度可以再大再高，但是凹凸越大，得到平滑生长面的时间越长，这样不利于工艺生产。而且，从图6中可以看出，如果凹凸的高度大于凹凸的大小(直径)，反而会慢慢减少光输出。适宜的凹凸高度为凹凸大小的0.5~0.8倍。本发明采用适当的凹凸结构，在增加光分散的同时，提供适合于薄膜生长的凹凸的尺寸与形态。

利用本发明制造发光二极管的生产工艺包括以下几个工序：

在蓝宝石基板上涂覆光刻胶；通过平版印刷术工艺在上述基板上形成图案；利用活性离子蚀刻器对形成上述图案的基板进行蚀刻；利用上述基板以及金属有机化合物气相生长工艺形成具有发光二极管结构的薄膜；利用在上述工序中制作的晶片制造发光二极管芯片；以及封装工序。

Claims (5)

1.一种由凹凸的基板、p-型、发光层、n-型半导体组成的氮化物系发光器件，其特征在于：上述基板上的凹凸排列成正交形态(图2)。

2.按照权利要求1所述的发光器件，包括上述基板在内进行生长的晶片。

3.按照权利要求1、2所述的发光器件，其特征在于：上述基板的凹凸尺寸在0.5um以上。

4.按照权利要求1、2所述的发光器件，其特征在于：上述基板的凹凸的截面形态为三角形、圆形、方形或多边形。

5.按照权利要求1、2所述的发光器件，其特征在于：上述基板的凹凸的高度与直径的比率在0.5以上、0.8以下。

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