[发明专利]一种双层纳米图形化LED的制备工艺方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种发光二极管，特别是涉及一种双层纳米尺寸图形化发光二极管的制备工艺方法。

背景技术

近年来，固态光源发展非常迅速。由于具有体积小、亮度高、寿命长、容易操作和节能等优点，被誉为新一代的光源。但是目前LED仍然存在较低的发光效率，这严重阻碍了白光LED的发展。所以，对LED而言，目前最紧迫的任务就是要提高光发射的量子效率。LED的光发射量子效率（EQE）是由内量子效率（IQE）和萃取系数（LEE）决定，表示式为η_EQE=η_IQEη_LEE。

据报道，InGaN/GaN基的LED其内量子效率已经达到90%，但是由于GaN具有较高的折射率（n=2.5），根据Snell’s law定律，其临界角θc=arcsin(1/2.5)≈23°，大约只有4%的光能逃逸到空气中。

目前，许多方法已被用于提高LED的萃取效率，例如在GaN表面粗化（Jeong-Ho Park,Jeong-Woo Park,Il-Kyu Park,and Dong-Yu Kim,App.Phys.Express,2012,5,022101），图形化蓝宝石衬底（Chien-Chun Wang,Han Ku,Chien-Chih Liu,Kwok-Keung Chong,Chen-I Hung,Yeong-Her Wang,and Mau-Phon Houng,Appl.Phys.Lett.,2007,91(12),121109），利用光子晶体（Chu-Young Cho,Se-Eun Kang,Ki Seok Kim,Sang-Jun Lee,Yong-Seok Choi,Sang-Heon Han,Gun-Young Jung,and Seong-Ju Park,Appl.Phys.Lett.2010,96(18),181110），图形化ITO表面（Tae Sun Kim,Sang-Mook Kim,Yun Hee Jang,and Gun Young Jung,Appl.Phys.Lett.,2007,91(17),171114）等。

然而，上述方法一般采用单一的粗化方式，其出光效率都不高，所以这些方法有必要结合起来进一步提高LED的出光效率。其中，纳米图形化GaN层已经被证明是一种非常有效提高LED的出光效率的方法，将其透明电极也进行纳米图形化，可以进一步提高纳米图形化LED的出光效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双层纳米图形化LED的制备工艺方法，是在已经纳米图形化p型GaN层的LED基片的基础上将其透明电极也进行纳米图形化，可以进一步提高纳米图形化LED的出光效率。

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。依据本发明提出的一种双层纳米图形化LED的制备工艺方法，包括以下步骤：

1）首先，利用单层密排的PS纳米球分布在LED基片的表面，然后利用氧离子刻蚀PS纳米球，可以有效地控制其直径，再进行ICP刻蚀，可以将LED基片的p型GaN层刻蚀出周期性的锥形的纳米柱阵列；通过改变氧离子刻蚀和ICP刻蚀时间可以有效地控制p型GaN层纳米柱阵列的尺寸和高度，从而使样品具有较好的电学和光学特性。

2）然后，经过纳米图形化后的LED基片再沉积一定厚度的ITO作为透明电极，然后在透明电极ITO的表面再制作单层密排的PS纳米球，同样可以利用氧离子刻蚀PS纳米球从而有效地控制其直径，再进行ICP刻蚀，可以将ITO的表面刻蚀出周期性的锥形的纳米柱阵列。

3）最后，再进行常规的加电极处理，例如涂光刻胶，第一次曝光，湿刻ITO，ICP刻GaN台阶，去胶，再涂光刻胶；第二次曝光，镀厚金等。

本发明的制备工艺，首先在LED基片的p型GaN层制备单层的PS微纳小球。PS微球直径有450nm、308nm和187nm三种，因此可制备三种周期的呈六角密排阵列的单层微球膜。

本发明的制备工艺，方法是要求将LED的P型GaN层和透明电极层同时纳米图形化的。可以将LED基片的p型GaN层刻蚀出周期性的锥形的纳米柱阵列。通过改变氧离子刻蚀和ICP刻蚀时间可以有效地控制p型GaN层纳米柱阵列的尺寸和高度。

本发明的制备工艺，LED基片经刻蚀周期性的锥形的纳米柱阵列后，利用氯仿（或者二氯甲烷，或者其他有机溶剂）在超声浴中去除残余的PS小球；然后再沉积300-400nm的ITO作为透明电极。