[发明专利]作为提高LED出光效率微透镜的聚苯乙烯半球的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用聚苯乙烯(PS)半球作为微透镜提高LED出光效率的方法，属于发 光二极管制作技术领域。

背景技术

LED具有发光寿命长，可靠性高，对环境友好，体积小，响应速度快等优点，被越来越 多的用于信息显示、图像处理，照明光学系统中。随着半导体技术的发展，大功率LED的出 现，LED的功率在不断的提高，但是在光电转换效率方面，还有很大的提升空间。

提高LED效率的途径一般有两种，一种是提高LED的内量子效率，这与外延片的质量 和结构有关；第二种途径是提高光的提取效率。发光二极管内量子效率比较高，蓝光LED的 内量子效率可以达到为60％-70％，而红光LED的内量子效率可以高达99％。因此要想提高 LED的光电转换效率，比较有效的方法是提高光的提取效率。

影响LED光的提取效率的主要原因是，有源区产生的光大部分由于空气与半导体界面的 全内反射而被限制在半导体中，无法提取出来，粗略估计，只有1/4n²的光能够被提取出来， GaP的折射率约为3.5，据相关资料报道，只有约2％的光被提取出；GaN的折射率约为2.5， 只有约4％的光可以被提取出来。

利用折射率介于外延片和空气之间的材料制作半球状的微透镜的方法，成为一种比较好 的提高出光效率的方法。一方面由于折射率的改变使得全反射角增大，增加了从有源区出射 到微透镜的光的量；另一方面由于微透镜的作用增加了光从微透镜向空气中出射的面积；同 时光从微透镜出射到空气，由于界面为球面，使得光基本从法线方向出射，增加了出光的几 率。例如2007年Ming-Kwei Lee等人采用聚焦离子束刻蚀的方法在倒装的GaN基LED的蓝宝石衬 底上制备了微透镜的周期性阵列结构(APPLIED PHYSICS LETTERS 91，051111(2007))，但 是这种方法存在设备昂贵，易对表面引入损伤，需要掩膜，较难做到纳米级结构等缺点；2008 年他们再用液相沉积法在蓝光LED表面制备了亚微米级的二氧化硅的半球结构，作为微透镜增 加了出光的效率(APPLIED PHYSICS LETTERS 92，061103(2008))，但是此方法存在二氧化 硅半球覆盖面积小，排列杂乱无序，不成周期性等缺点。

发明内容

本发明针对现有利用微透镜提高LED出光效率技术所存在的不足，提供一种成本低、简 单易行、可控性高、均匀性好、能够实现周期性排列的作为提高LED出光效率微透镜的聚苯 乙烯半球的制备方法。

本发明的聚苯乙烯半球的制备方法，包括以下步骤：

(1)按常规金属有机化学气相沉积(MOCVD)生长LED外延片的方法在衬底上依次外延生 长N型接触层、多量子阱有源区和P型接触层，形成外延片；

(2)在外延片上按常规工艺制备P电极、N电极和半切；

(3)在经过步骤(2)处理的外延片上P电极一面铺设一层由聚苯乙烯(PS)球紧密排布 组成的单层膜，聚苯乙烯球的直径为100nm-1um；聚苯乙烯(PS)球可为六方紧密排布、四 方紧密排布或随机排布；

(4)将铺满PS球的外延片在110℃-120℃下烘烤5秒钟-60秒钟，然后使其在5秒钟-10 秒钟内急速冷却到室温，得到周期性排列的聚苯乙烯半球。

本发明使用聚苯乙烯(PS)球排列的单层膜经烘烤得到不同程度的PS半球的周期性阵列， 以此作为微透镜来提高LED的出光效率，具有成本低、简单易行、可控性高、均匀性好、能 够实现周期性排列的特点。

附图说明

图1是本发明聚苯乙烯半球制备步骤的流程示意图。

图2是本发明聚苯乙烯半球制备步骤的图解示意图。

其中：1、衬底，2、N型接触层，3、多量子阱有源区，4、P型接触层，5、P电极，6、 周期阵列的PS球，7、周期性阵列的PS半球。

具体实施方式

实施例1

如图1和图2所示，本发明以聚苯乙烯半球为微透镜用以提高LED出光效率，该聚苯乙 烯半球的制备方法具体包括如下步骤：

(1)按常规金属有机化学气相沉积(MOCVD)制备LED的方法在衬底1上依次外延生长 N型接触层2、多量子阱有源区3和P型接触层4，形成红光外延片。