專利名稱：一種藍(lán)寶石基片表面有序粗化方法及藍(lán)寶石基片、led制備方法和led的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種藍(lán)寶石基片表面有序粗化的方法及藍(lán)寶石基片、LED制備方法和 LED。
背景技術(shù)：
目前，高出光效率的GaN光電二極管(LED)在很多地方都有很好的應(yīng)用，比如交通信號(hào)燈，全色顯示器，液晶顯示背景光源以及固態(tài)照明等。但是，基于藍(lán)寶石基底外延的GaN 層存在大量的位錯(cuò)，以及兩者的熱膨脹系數(shù)的不匹配，這些都會(huì)降低LED內(nèi)在的量子效率。 并且由于GaN層與空氣光折射系數(shù)差較大，內(nèi)部的全反射會(huì)使得出光效率受到限制。因此要想提高出光效率，必須提高LED內(nèi)在量子效率以及出光效率。Fan等人從理論上計(jì)算出可以利用光子晶體提高LED的出光效率。日本松下公司率先將光子晶體運(yùn)用到藍(lán)色LED，使得發(fā)光效率提高了 1. 5倍，而理論計(jì)算表明進(jìn)一步改進(jìn)工藝后效率可以提高3倍。所以光子晶體在LEB領(lǐng)域的應(yīng)用具有廣泛的前景。目前制備光子晶體的方法主要是傳統(tǒng)的EBL(電子束蝕刻)，其制作成本高，效率低。利用側(cè)向外延技術(shù)能顯著的降低位錯(cuò)，但是兩步生長過程在工藝上很耗時(shí)。最近幾年，在圖形化的藍(lán)寶石襯底上直接進(jìn)行GaN的外延技術(shù)被廣泛研究。這一簡化的生長工藝能減少位錯(cuò)，提高光產(chǎn)生效率。同時(shí)，藍(lán)寶石的幾何圖案也能有效的提高光的出光效率。 不過目前的工藝主要是產(chǎn)生微米級(jí)的圖形。如果能縮小圖形的尺度，就能增加圖案的數(shù)目， 這樣更能促使光的散射。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是提供一種藍(lán)寶石基片表面有序粗化方法，能夠利用單層納米球刻蝕技術(shù)在藍(lán)寶石、單晶Si等基片上制備有序的納米圖形，從而能促使光的散射。本發(fā)明的另一目的是提供一種采用該方法制備的藍(lán)寶石基片。本發(fā)明的再一目的是提供一種LED制備方法。本發(fā)明的再一目的是提供一種LED。本發(fā)明的一種藍(lán)寶石基片表面有序粗化方法包括如下步驟步驟1、將聚苯乙烯納米球均勻分布在藍(lán)寶石基片表面；步驟2、將藍(lán)寶石基片置于Cl-BCl混合氣氛中，用ICP刻蝕機(jī)進(jìn)行刻蝕；步驟3、去除掉聚苯乙烯納米球，從而得到表面均勻分布有小突起的圖案化藍(lán)寶石基片。優(yōu)選地，所述的聚苯乙烯納米球的直徑為100 5000nm。優(yōu)選地，所述聚苯乙烯納米球的直徑為600nm。本發(fā)明還提供了一種藍(lán)寶石基片，基片的表面具有均勻分布的圖案化的小突起， 在所述藍(lán)寶石基片表面形成所述小突起的方法包括如下步驟
步驟1、將聚苯乙烯納米球均勻的分布在藍(lán)寶石基片表面；步驟2、將藍(lán)寶石基片置于Cl-BCl混合氣氛中，用ICP刻蝕機(jī)進(jìn)行刻蝕；步驟3、去除掉聚苯乙烯納米球。優(yōu)選地，所述的聚苯乙烯納米球的直徑為100 5000nm。優(yōu)選地，所述聚苯乙烯納米球的直徑為600nm。本發(fā)明還提供了一種LED的制備方法，包括如下步驟步驟1、將聚苯乙烯納米球均勻的分布在藍(lán)寶石基片表面；步驟2、將藍(lán)寶石基片置于Cl-BCl混合氣氛中，用ICP刻蝕機(jī)進(jìn)行刻蝕；步驟3、去除掉聚苯乙烯納米球，從而得到表面均勻分布有小突起的圖案化藍(lán)寶石基片；步驟4、將制備好的具有圖案化的藍(lán)寶石基片放入到金屬-有機(jī)化學(xué)氣氛沉積系統(tǒng)(MOCVD)中，先制備GaN層作為形核層，隨后再依次制備如下層不摻雜的GaN層、Si摻雜的n-GaN層、InGaN-GaN多量子井和一層Mg摻雜的ρ-GaN層。優(yōu)選地，所述的聚苯乙烯納米球的直徑為100 5000nm。優(yōu)選地，所述聚苯乙烯納米球的直徑為600nm。本發(fā)明還提供了一種LED，該LED通過如下步驟來制備步驟1、將聚苯乙烯納米球均勻的分布在藍(lán)寶石基片表面；步驟2、將藍(lán)寶石基片置于Cl-BCl混合氣氛中，用ICP刻蝕機(jī)進(jìn)行刻蝕；步驟3、去除掉聚苯乙烯納米球，從而得到表面均勻分布有小突起的圖案化藍(lán)寶石基片；步驟4、將制備好的具有圖案化的藍(lán)寶石基片放入到金屬-有機(jī)化學(xué)氣氛沉積系統(tǒng)(MOCVD)中，先制備GaN層作為形核層，隨后再依次制備如下層不摻雜的GaN層、Si摻雜的n-GaN層、InGaN-GaN多量子井和一層Mg摻雜的ρ-GaN層。本發(fā)明通過在藍(lán)寶石的基片上形成具有一定直徑大小的聚苯乙烯納米球，該納米球有序、均勻分布在基片的表面，再通過刻蝕，從而在基片的表面形成納米級(jí)的圖案化的有序小突起，該小突起的直徑、間距和高度分別為可以做到550nm、60nm和150nm，而一般的技術(shù)形成的突起的直徑為3微米，間距為3微米，高度為1.5微米。因此，通過本發(fā)明形成的突起單位面積數(shù)量更多，更能促使光的散射，從而獲得性能更加優(yōu)良的LED。


圖1為表面均勻分布有聚苯乙烯納米球的基片的示意圖；圖2為表面形成有納米級(jí)有序分布的突起的基片的示意圖；圖3為采用本發(fā)明有序粗化方法所制備出來的LED的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明在藍(lán)寶石基片表面有序粗化的方法具體是如圖1所示，首先將聚苯乙烯納米球均勻分布在藍(lán)寶石基片表面，均勻分布方法有1、類LB膜方法，即將聚苯乙烯微納米球在水或者油/水界面通過自組裝的方式鋪展； 2、Spin-COating(旋涂法)，將聚苯乙烯微球乳液滴加在基片上，利用勻膠機(jī)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)涂膜；3、豎片提拉自組裝法，將基片插入一定濃度(0.01-1%)的聚苯乙烯微球溶液中，然后以一定的速度(10微米/秒 1厘米/秒)勻速提拉成膜。然后將藍(lán)寶石基片置于Cl-BCl混合氣氛中，用ICP刻蝕機(jī)進(jìn)行刻蝕，在3英寸 (0001)面的藍(lán)寶石基片上制備二維有序圖形，所用聚苯乙烯納米球的直徑為600nm，將聚苯乙烯微球去除，去除的方法包括1、高溫?zé)g，溫度為300-600攝氏度；2、利用有機(jī)溶劑， 如氯仿，甲苯等浸泡一定時(shí)間(1小時(shí) 48小時(shí))。從而得到表面均勻分布有小突起的圖案化藍(lán)寶石基片，小突起的直徑、間距和高度分別為可以做到550nm、60nm和150nm，如圖2所
7J\ ο這樣，就能夠在基片的表面上形成單位面積數(shù)量更多的小突起，從而更能促使光的散射。 下面說明制備LED過程。將制備好的圖形的藍(lán)寶石基片放入到金屬-有機(jī)化學(xué)氣氛沉積系統(tǒng)(MOCVD)中。 先制備30納米的GaN層作為形核層。隨后依次制備如下層2微米后的不摻雜的GaN層，2 微米Si摻雜的n-GaN層，450nm的hGaN-GaN多量子井和一層300nm厚的Mg摻雜的p_GaN 層。整體結(jié)構(gòu)如圖2所示。通過上述步驟所制備的LED出光效率可提高10-60%。此外，采用的聚苯乙烯納米球可以采用直徑是100 5000nm的納米球，另外，以上文中微球范圍不僅僅限于聚苯乙烯微球，還可以為二氧化硅，二氧化鈦等金屬氧化物微球。對(duì)于金屬氧化物微球，除球方式是利用氫氟酸或者強(qiáng)堿(NaOH，Κ0Η)溶液，濃度為 1%-40% (質(zhì)量百分比)，溫度為30°C 90°C，浸泡1 48小時(shí)去除。其余方式均與聚苯乙烯納米球的相同。
權(quán)利要求
1.一種藍(lán)寶石基片表面有序粗化方法，包括如下步驟 步驟1、將聚苯乙烯納米球均勻分布在藍(lán)寶石基片表面；步驟2、將藍(lán)寶石基片置于Cl-BCl混合氣氛中，用ICP刻蝕機(jī)進(jìn)行刻蝕；步驟3、去除掉聚苯乙烯納米球，從而得到表面均勻分布有小突起的圖案化藍(lán)寶石基片。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的聚苯乙烯納米球的直徑為100 5000nm。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述聚苯乙烯納米球的直徑為600nm。
4.一種藍(lán)寶石基片，基片的表面具有均勻分布的圖案化的小突起，在所述藍(lán)寶石基片表面形成所述小突起的方法包括如下步驟步驟1、將聚苯乙烯納米球均勻的分布在藍(lán)寶石基片表面；步驟2、將藍(lán)寶石基片置于Cl-BCl混合氣氛中，用ICP刻蝕機(jī)進(jìn)行刻蝕；步驟3、去除掉聚苯乙烯納米球。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述的聚苯乙烯納米球的直徑為100 5000nm。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述聚苯乙烯納米球的直徑為600nm。
7.一種LED的制備方法，包括如下步驟步驟1、將聚苯乙烯納米球均勻的分布在藍(lán)寶石基片表面；步驟2、將藍(lán)寶石基片置于Cl-BCl混合氣氛中，用ICP刻蝕機(jī)進(jìn)行刻蝕；步驟3、去除掉聚苯乙烯納米球，從而得到表面均勻分布有小突起的圖案化藍(lán)寶石基片；步驟4、將制備好的具有圖案化的藍(lán)寶石基片放入到金屬-有機(jī)化學(xué)氣氛沉積系統(tǒng) (MOCVD)中，先制備GaN層作為形核層，隨后再依次制備如下層不摻雜的GaN層、Si摻雜的 n-GaN層、InGaN-GaN多量子井和一層Mg摻雜的ρ-GaN層。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的聚苯乙烯納米球的直徑為100 5000nm。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述聚苯乙烯納米球的直徑為600nm。
10.一種LED，該LED通過如下步驟來制備步驟1、將聚苯乙烯納米球均勻的分布在藍(lán)寶石基片表面；步驟2、將藍(lán)寶石基片置于Cl-BCl混合氣氛中，用ICP刻蝕機(jī)進(jìn)行刻蝕；步驟3、去除掉聚苯乙烯納米球，從而得到表面均勻分布有小突起的圖案化藍(lán)寶石基片；步驟4、將制備好的具有圖案化的藍(lán)寶石基片放入到金屬-有機(jī)化學(xué)氣氛沉積系統(tǒng) (MOCVD)中，先制備GaN層作為形核層，隨后再依次制備如下層不摻雜的GaN層、Si摻雜的 n-GaN層、InGaN-GaN多量子井和一層Mg摻雜的ρ-GaN層。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種藍(lán)寶石基片表面有序粗化方法，包括如下步驟步驟1、將聚苯乙烯納米球均勻分布在藍(lán)寶石基片表面；步驟2、將藍(lán)寶石基片置于Cl-BCl混合氣氛中，用ICP刻蝕機(jī)進(jìn)行刻蝕；步驟3、去除掉聚苯乙烯納米球，從而得到表面均勻分布有小突起的圖案化藍(lán)寶石基片。本發(fā)明還公開了一種藍(lán)寶石基片、LED的制備方法和LED。本發(fā)明通過在藍(lán)寶石的基片上形成具有一定直徑大小的聚苯乙烯納米球，該納米球有序、均勻分布在基片的表面，再通過刻蝕，從而在基片的表面形成納米級(jí)的圖案化的有序小突起，該小突起的直徑、間距和高度分別為可以做到550nm、60nm和150nm，因此，通過本發(fā)明形成的突起單位面積數(shù)量更多，更能促使光的散射，從而獲得性能更加優(yōu)良的LED。
文檔編號(hào)B82Y30/00GK102280541SQ20111025004
公開日2011年12月14日 申請(qǐng)日期2011年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月29日
發(fā)明者王育人, 藍(lán)鼎 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院力學(xué)研究所