[发明专利]一种在发光二极管表面制备纳米尺度球形体结构的方法

说明书

技术领域

本发明涉及发光二极管发光与应用领域，特别涉及一种基于离子束刻蚀对发光二极管表面或衬底进行刻蚀，在发光二极管芯片表面或衬底上制备凸球或凹球的球形体结构，从而实现发光二极管光提取效率增强的方法。 

背景技术

在我们的日常生活中，发光二极管(LED)已经得到越来越多的应用。不管是作为显示，照明，装饰，还是指示用灯，都以其长寿命，低功耗，无污染等特点，广泛应用于当今社会的诸多领域，同时，提高LED的发光效率也一直是一个热点问题。提高LED发光效率的两个基本途径是提高其内量子效率和外量子效率，其中外量子效率为内量子效率与光提取效率的乘积。由于工艺进步和结构优化等原因，内量子效率已达到了较高水平，以GaN基蓝光LED为例，其内量子效率已经达到了80％以上，因此，从内量子效率方面入手提高LED发光效率空间已经不是很大。LED外量子效率低的主要原因在于其光提取效率较低，因此，提高光提取率将是提高LED发光效率的主要途径。由于LED内部半导体材料的折射率与外部介质材料的折射率有比较大的差距，当入射角大于临界角的时候，入射光会因在界面处发生全发射被反射回LED内部，无法辐射出LED，从而导致LED的光提取效率(外量子效率)较低，其光提取效率可简单的写为： 对于GaN基LED，GaN的折射率为2.5，GaN半导体材料与空气界面的临界角约为23°，因此GaN基LED的光提取效率非常的低(约为4％)，这大大限制了GaN基LED的应用。 

近些年来，针对提高LED光提取效率的研究工作已有很多进展。其中主要包括LED芯片表面粗化、LED芯片塑形、嵌入周期性光子晶体、 梯度折射率增透薄膜、蓝宝石基底图形化等方面的研究。从应用范围来看，表面粗化能够有效提高光提取效率，也因此广泛应用于商用高能LED中。跟据理论模拟计算，最有效的粗化结构应该是周期性的凸球或凹球结构，但目前的表面粗化结构主要利用湿法腐蚀的方法实现，如文献“利用表面粗化实现GaN基发光二极管提取效率的增强(Increase in the extraction efficiency of GaN-based light-emitting diodes via surface roughening)，载于《Applied Physics Letters》，2004，Vol.84，855-857所公开”，该方法实现的粗化结构为无规则的锥形结构，其粗化结构的形状、尺寸及周期基本不可控，而由于加工上的难度，目前还没有在LED表面制备周期性凸球或凹球的球形体结构的方法。 

发明内容

解决的技术问题： 

解决以往加工方法无法有效控制粗化结构的形状、尺寸及周期，以及无法制备提取效率高的周期性凸球及凹球结构的缺陷，本发明的目的在于提供一种在发光二极管表面制备纳米尺度球形体结构的方法。 

技术方案： 

为达到上述目的，本发明提供一种在发光二极管表面制备纳米尺度球形体结构的方法，所述球形体结构的制备步骤如下： 

步骤S1：在发光二极管样品表面上旋涂光刻胶，利用纳米尺度图形制备技术在光刻胶上制备圆形体结构光刻胶阵列图形，并得到含有圆形体结构光刻胶阵列样品； 

步骤S2：为了增加刻蚀比，利用蒸发工艺，在含有圆形体结构光刻胶阵列的样品上生长一层金属膜并溶脱，得到含有金属圆形体结构阵列的样品； 

步骤S3：利用离子束刻蚀方法，对含有圆形体结构光刻胶阵列样品和含有金属圆形体结构阵列的样品进行刻蚀，得到含有球形体阵列结构的样品； 

步骤S4：将含有球形体阵列结构的样品置于去胶液或金属腐蚀液中清洗，去除球形体阵列结构表面的光刻胶或金属掩膜，实现在发光二极 管表面上制备出纳米尺度的球形体结构。 

优选实施例，所述纳米尺度图形制备技术是能够制备出直径小于1μm的圆形体结构光刻胶阵列的电子束光刻、激光干涉、激光直写、纳米压印技术中的一种。 

优选实施例，所述球形体结构是凸形球结构，或是凹形球结构。 

优选实施例，所述圆形体结构是圆形孔或圆形台。 

优选实施例，所述发光二极管样品表面是正装发光二极管表面、倒装发光二极管表面、发光二极管衬底中的一种。 

优选实施例，所述蒸发工艺为金属沉积工艺，所述金属沉积工艺是热蒸发金属、电子束蒸发金属、溅射金属沉积工艺中的一种。 

优选实施例，所述金属膜是具有抗刻蚀能力，又能够通过湿法腐蚀工艺去除的铬、铝、金中的一种。