[发明专利]一种LED表面图案化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种LED，特别是涉及一种新型的LED表面图案化方法。

背景技术

半导体固态光源LED由于其节能、使用寿命长、对环境的友好性而被誉为下一代光源的最佳选择。表征LED发光效率的参数主要有两个：分别是内量子效率和萃取效率。近几年随着芯片外延生长技术(譬如：外延侧向过生长)的提高，LED的内量子效率已经达到80％以上。相比之下，LED光萃取效率还有较大的提升空间。由于多量子阱层产生的光在出射过程中受到全内反射的限制，只有在光锥以内(约23°)的光才能出射，从而大大降低了LED的光萃取效率。对于典型的GaN基LED，只有约4％的光能逃逸出去带来照明。所以如何提高LED发光的萃取效率，成为LED全面取代传统光源进程中亟需解决的突出问题。

提升LED光萃取效率的方案主要有几种，例如表面图案化、刻蚀斜面侧壁、使用图案化的外延衬底等。其中表面图案化因为能显著提高萃取效率而被广泛使用。如D.H.Kim等利用激光全息方法在LED表面制备了二维准晶格空气孔阵列图案(参见D.H.Kim，C.O.Cho，Y.G.Roh，H.Jeon，Y.S.Park，J.Cho，J.S.Im，C.Sone，Y.Park，W.J.Choi，and Q.H.Park，Appl.Phys.Lett.2005，87，203508)；S.H.Kim等利用热纳米压印工艺在绿光LED表面制备了四方晶格的孔阵列光子晶体(参见S.H.Kim，K.D.Lee，J.Y.Kim，M.K.Kwon，and S.J.Park，Nanotechnology 2007，18，055306)；L.Kuna等利用飞秒激光在LED表面刻蚀沟槽，以此减弱全内反射效应(参见L.Kuna，A.Haase，C.Sommer，E.Zinterl，J.R.Krenn，F.P.Wenzl，P.Pachler，P.Hartmann，S.Tasch and G.Leising，J.Appl.Phys.2008，104，074507)；M.Y.Ke等利用二氧化硅纳米球为掩模，刻穿LED的多量子阱层，形成LED阵列结构(参见M.Y.Ke，C.Y.Wang，L.Y.Chen，H.H.Chen，H.L.Chiang，Y.W.Cheng，M.Y.Hsieh，C.P.Chen，and J.J.Huang，IEEE J.Sel.Top.Quantum Electron.2009，15，1242)；J.H.Zhu等在LED表面镀金属镍膜，然后快速热退火形成纳米镍颗粒作为掩模刻蚀LED(参见J.H.Zhu，L.J.Wang，S.M.Zhang，H.Wang，D.G.Zhao，J.J.Zhu，Z.S.Liu，D.S.Jiang and H.Yang，J.Appl.Phys.2010，108，074302)；H.Park等利用紫外纳米压印方法在LED表面制备六角阵列的孔洞，然后在孔洞处引导生长ZnO纳米棒簇，再将孔洞阵列模板剥离(参见H.Park，K.J.Byeon，K.Y.Yang，J.Y.Cho and H.Lee，Nanotechnology 2010，21，355304)。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新的LED表面图案化方法，最后得到纳米圆台阵列，作为LED表面粗化图案，能明显提高LED光萃取效率，本发明设计原理简单，制备成本低廉且易于操作。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据一种LED表面图案化方法，包括以下步骤：

a.将单分散的微球溶液与酒精混合，将微球转移到去离子水的表面并且均匀散开；

b.滴入表面活性剂改变去离子水的表面张力，使原本分散的微球自组装地排列，呈六角密排晶格结构，形成单层微球膜；

c.将单层微球膜转移到LED表面，固定微球位置作为刻蚀掩模；

d.刻蚀单层微球膜，裁剪每颗微球的大小，以获得不同占空比；

e.以被裁剪过的单层微球膜为掩模，刻蚀LED表面材料，同时微球膜材料也被刻蚀；

f.将剩余的微球掩模材料剥离(lift-off)，最后在LED表面得到纳米圆台阵列图案，这种图案能明显提高LED发光的萃取效率。

根据本发明实施例的LED表面图案化方法，步骤a中所述单分散的微球为单分散的聚苯乙烯微球、单分散的二氧化硅微球、单分散的聚甲基丙烯酸甲酯微球或者单分散的金属微球。

根据本发明实施例的LED表面图案化方法，步骤a中利用缓冲器或缓冲手段将单分散的微球漂浮于去离子水的表面，而不会悬浮于去离子水之中。