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    重庆时时彩万能7码走势图: 一种发光二极管及其制备方法.pdf

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    一种 发光二极管 及其 制备 方法
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    摘要
    申请专利号:

    CN201110035293.3

    申请日:

    2011.02.10

    公开号:

    CN102157645A

    公开日:

    2011.08.17

    当前法律状态:

    驳回

    有效性:

    无权

    法律详情: 发明专利申请公布后的驳回IPC(主分类):H01L 33/02申请公布日:20110817|||实质审查的生效IPC(主分类):H01L 33/02申请日:20110210|||公开
    IPC分类号: H01L33/02(2010.01)I; H01L33/22(2010.01)I; H01L33/32(2010.01)I; H01L33/00(2010.01)I; G03F7/00 主分类号: H01L33/02
    申请人: 武汉迪源光电科技有限公司
    发明人: 王汉华; 孙堂友; 杨新民; 靳彩霞; 董志江
    地址: 430074 湖北省武汉市东湖新技术开发区光谷一路8号
    优先权:
    专利代理机构: 武汉帅丞知识产权代理有限公司 42220 代理人: 朱必武;周瑾
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201110035293.3

    授权公告号:

    ||||||

    法律状态公告日:

    2014.03.12|||2011.09.28|||2011.08.17

    法律状态类型:

    发明专利申请公布后的驳回|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    一种发光二极管,包括依次设有的衬底、缓冲层、非掺杂GaN层,N型半导体层、有源层、P型半导体层和透明导电层,所述N型半导体层上设有N电极,所述P型半导体层上设有P电极,其特征在于:出光面为非平面,出光面表面起伏超过60nm,并在非面出光面上制备有光子晶体。本发明的发光二极管具有超过60nm的出光面表面起伏,并在非平面出光面上制备有光子晶体,采用检测方式SEM,从照片中可见模板的图形被精确转移到了表面起伏大于60nm的出光面,本发明的高效结构和保证这种高效结构的实现的方法,将发光二极管出光效率提高5%-20%。

    权利要求书

    1.一种发光二极管,包括依次设有的衬底、缓冲层、非掺杂GaN层、N型半导体层、有源层、P型半导体层和透明导电层,所述N型半导体层上设有N电极,所述P型半导体层上设有P电极,其特征在于:出光面为非平面,出光面表面起伏超过60nm,并在非平面出光面上制备有光子晶体。2.根据权利要求1所述的发光二极管,其特征在于:出光面是N型半导体层,或者P型半导体层,或者透明导电层。3.根据权利要求1所述的发光二极管的光子晶体的制备方法,其特征在于包括如下步骤:步骤1:在所述出光面层旋涂第一层光刻胶并形成图案;步骤2:在所述第一层光刻胶上旋涂第二层光刻胶;步骤3:用CxHyFz+O2刻蚀第二层光刻胶,露出第一层光刻胶时停止刻蚀,刻蚀第二层光刻胶需通入足够的氧气20sccm~200sccm,和足够的时间30s~120s,使第二层光刻胶充分氧化,提高对第一层光刻胶的选择比;步骤4:用O2刻蚀第一层光刻胶;步骤5:用Cl2+BCl3或BCl3+HBr刻蚀所述出光面层,将图案转移到出光面层;步骤6:去除第一层光刻胶和第二层光刻胶。4.根据权利要求3所述的发光二极管的光子晶体的制备方法,其特征包括:所述第一层光刻胶厚度为150nm~300nm,需要有良好的附着力,所述第二层光刻胶厚度为30nm~60nm,作为硬掩膜使用。5.根据权利要求3所述的发光二极管的光子晶体的制备方法,其特征包括:第二层光刻胶对第一层光刻胶有很高的选择比,其组分可以是掺Si的光刻胶,或者是SiO2,或者是Si3N4。6.根据权利要求1所述的发光二极管的光子晶体的制备方法,其特征包括如下步骤:步骤1:在所述出光面层旋涂第一层光刻胶和第二层光刻胶;步骤2:在所述第一层光刻胶和第二层光刻胶上旋涂第三层光刻胶并形成图案;步骤3:以第三层光刻胶为掩膜用CxHyFz+O2刻蚀第二层光刻胶,将图案转移到第二层光刻胶;刻蚀第二层光刻胶需通入足够的氧气20sccm~200sccm,和足够的时间30s~120s,使第二层光刻胶充分氧化,提高对第一层光刻胶的选择比;步骤4:以第二层光刻胶为掩膜用O2刻蚀第一层光刻胶,将图案转移到第一层光刻胶;?步骤5:用Cl2+BCl3或BCl3+HBr刻蚀所述出光面层,将图案转移到出光面层;步骤6:去除第一层光刻胶和第二层光刻胶。7.根据权利要求6所述的发光二极管的光子晶体的制备方法,其特征包括:所述第一层光刻胶厚度为150nm~300nm,第二层光刻胶厚度为30nm~60nm,第三层光刻胶厚度为150nm~300nm。8.根据权利要求6所述的发光二极管光子晶体的制备方法,其特征包括:第二层光刻胶作为硬掩膜使用,对第一层光刻胶有很高的选择比,其组分可以是掺Si的光刻胶,或者是SiO2,或者是Si3N4。9.根据权利要求6所述的发光二极管光子晶体的制备方法,其特征包括:第一层光刻胶和第三层光刻胶具有相同组分。

    说明书

    一种发光二极管及其制备方法

    技术领域

    本发明属于光子晶体发光二极管制备领域,更明确的说,在非平面出光面上采用纳米压印技术实现模板图形完整转移,得到具有光子晶体的非平面出光面的发光二极管。

    背景技术

    LED的发光效率受限于外量子效率,而外量子效率是由内量子效率和光提取效率共同决定的。内量子效率取决于晶格缺陷,掺杂效率和欧姆接触性能,随着MOCVD工艺的不断发展,内量子效率已经达到80%~90%。另一方面,由于GaN的折射率(n=2.4)大于空气的折射率(n=1)或者环氧树脂的折射率(n=1.5),从有源层发出的光由于全反射以导光模式在LED内部传输,严重降低LED的光提取效率。

    为了降低全反射影响,图形衬底,表面粗化,光子晶体等技术被广泛研究。电子束光刻(EBL),激光干涉光刻(LIL)和纳米压?。∟IL)技术通常用于制备纳米尺寸图形,纳米压印相对于其他光刻技术具有高产量,高分辨率,低成本等特点,广泛应用于发光二极管光子晶体的制备。

    具有非平面出光面的发光二级管有利于增加光的散射,提高发光二级管的发光效率,但是如果发光二级管的出光面上具有较大的不平整表面,现有的纳米压印工艺技术无法制备光子晶体(Patterning?nonflat?substrates?with?a?low?pressure,?room?temperature,?imprint?lithography?process)。

    图1为传统纳米压印工艺应用在非平面GaN出光面的示意图,要实现图形从光刻胶顺利转移到氮化镓上,GaN表面起伏必须满足P-V<H,其中P为GaN表面最高点高度,V为GaN表面最低点高度,P-V为GaN表面起伏,H为图形特征高度,也就是模板有效孔深。因此,如果模板有效孔深为60nm,GaN表面起伏不能超过60nm,否则要保证GaN表面高点区域实现图形整体转移,则GaN表面低点区域无法实现图形转移;反之,要保证GaN表面低点区域实现图形转移,则GaN表面高点区域无法实现图形整体转移,若考虑到光刻胶和GaN的选择比,GaN表面起伏容忍度将更低。

    发明内容

    本发明的目的是提供一种降低全反射影响的发光二极管及其制备方法,通过具有非平面出光面,并同时在出光面上形成光子晶体,极大的降低全反射影响。并且提供了实现该结构的方法。

    本发明的技术方案是:一种发光二极管,包括依次设有的衬底、缓冲层、非掺杂GaN层、N型半导体层、有源层、P型半导体层和透明导电层,所述N型半导体层上设有N电极,所述P型半导体层上设有P电极,其特征在于:出光面为非平面,表面起伏超过60nm,并在非平面出光面上制备有光子晶体。

    如上所述的发光二极管,其特征在于:出光面是N型半导体层,或者P型半导体层,或者透明导电层。

    如上所述的发光二极管的光子晶体的制备方法,其特征在于包括如下步骤:

    步骤1:在所述出光面层旋涂第一层光刻胶并形成图案;

    步骤2:在所述第一层光刻胶上旋涂第二层光刻胶;

    步骤3:用CxHyFz+O2刻蚀第二层光刻胶,露出第一层光刻胶时停止刻蚀,刻蚀第二层光刻胶需要通入足够的氧气20sccm~200sccm,和足够的时间30s~120s,使第二层光刻胶充分氧化,提高对第一层光刻胶的选择比;

    步骤4:用O2刻蚀第一层光刻胶;

    步骤5:用Cl2+BCl3或BCl3+HBr刻蚀所述出光面层,将图案转移到出光面层;

    步骤6:去除第一层光刻胶和第二层光刻胶。

    上述的发光二极管的光子晶体的制备方法中,使用O2刻蚀第一层光刻胶时,由于第二层光刻胶被充分氧化,此刻蚀气体对第二层光刻胶基本无刻蚀效果。

    如上所述的发光二极管的光子晶体的制备方法,其特征包括:所述第一层光刻胶厚度为150nm~300nm,需要有良好的附着力,所述第二层光刻胶厚度为30nm~60nm,作为硬掩膜使用。

    如上所述的发光二极管的光子晶体的制备方法,其特征包括第二层光刻胶对第一层光刻胶有很高的选择比,其材料是掺Si的光刻胶,或者是SiO2,或者是Si3N4。

    如上所述的发光二极管的光子晶体的制备方法,其特征包括如下步骤:

    步骤1:在所述出光面层旋涂第一层光刻胶和第二层光刻胶;

    步骤2:在所述第一层光刻胶和第二层光刻胶上旋涂第三层光刻胶并形成图案;

    步骤3:以第三层光刻胶为掩膜用CxHyFz+O2刻蚀第二层光刻胶,将图案转移到第二层光刻胶;刻蚀第二层光刻胶通入足够的氧气20sccm~200sccm,和足够的时间30s~120s,使第二层光刻胶充分氧化,提高对第一层光刻胶的选择比;

    步骤4:以第二层光刻胶为掩膜用O2刻蚀第一层光刻胶,将图案转移到第一层光刻胶;

    步骤5:用Cl2+BCl3或BCl3+HBr刻蚀所述出光面层,将图案转移到出光面层;

    步骤6:去除第一层光刻胶和第二层光刻胶。

    上述的发光二极管的光子晶体的制备方法中,使用O2刻蚀第一层光刻胶时,由于第二层光刻胶被充分氧化,此刻蚀气体对第二层光刻胶基本无刻蚀效果。

    如上所述的发光二极管的光子晶体的制备方法,其特征包括:所述第一层光刻胶厚度为150nm~300nm,第二层光刻胶厚度为30nm~60nm,第三层光刻胶厚度为150nm~300nm。

    如上所述的发光二极管的光子晶体的制备方法,其特征包括:第二层光刻胶作为硬掩膜使用,对第一层光刻胶有很高的选择比,其材料是掺Si的光刻胶,或者是SiO2,或者是Si3N4。

    如上所述的发光二极管的光子晶体的制备方法,其特征包括:第一层光刻胶和第三层光刻胶具有相同组分。

    技术效果:本发明的发光二极管具有表面起伏超过60nm的非平面出光面,并在非平面出光面上制备有光子晶体,采用SEM检测方式(图4),从照片中可见模板的图形整体被精确转移到了非平面GaN的出光面,本发明的高效结构和保证这种高效结构的实现的方法,将发光二极管出光效率提高5%-20%(5%-20%根据实例不同而不同)。在刻蚀第二层光刻胶过程中加入氧化这一步骤,大大的提高了对第一层光刻胶的选择比。

    附图说明

    图1传统纳米压印应用在非平面GaN表面。

    图2本发明双层光刻胶制备发光二极管光子晶体工艺分步骤图。

    图3本发明多层光刻胶制备发光二极管光子晶体工艺分步骤图。

    图4非平面GaN出光面光子晶体的扫描电镜。

    图5?传统光子晶体结构示意图。

    图6?本发明实例1和实例2的结构示意图。

    图7本发明实例3和实例4的结构示意图。

    图8本发明实例5和实例6的结构示意图。

    具体实施方式

    图1中标记的说明:第一层光刻胶1,模板4,模板孔深4.1,p-GaN型层5.6,GaN表面高点P,GaN表面低点V,特征高度H。

    图2中标记的说明:第一层光刻胶1,第二层光刻胶2,模板过渡图形4.2,p-GaN型层5.6。

    图3中标记的说明:第三层光刻胶3,第二层光刻胶2,p-GaN型层5.6,光子晶体4.3。

    图5中标记的说明:衬底5.1,过渡层5.2、非掺杂GaN层5.3,n-GaN型5.4、MQW层5.5、p-GaN型层5.6、透明导电层5.7,p电极5.8,?n电极5.9。

    实施例采用不同硬掩膜构成6个实例

    1.双层光刻胶工艺中:出光面为透明导电层、p-GaN型层和n-GaN型层作为三个实例

    2.多层光刻胶工艺中:出光面为透明导电层、p-GaN型层和n-GaN型层作为三个实例

    实施例1

    图6所示,实例1结构中,发光二极管为侧向结构的发光二极管,包括蓝宝石衬底5.1,以及在蓝宝石衬底5.1上依次形成的过渡层5.2、非掺杂GaN层5.3,n型半导体层(n-GaN型层)5.4、有源层(MQW层)5.5、p型半导体层(p-GaN型层)5.6、透明导电层5.7,设置于p区接触电极上的p电极5.8和在n型半导体层的n型半导体层电极区上的n电极5.9,其中在p-GaN型层表面起伏超过60nm。采用双层光刻胶工艺在非平面p-GaN型层出光面上制备出光子晶体4.3。

    如图2所示,采用双层光刻胶工艺在非平面p-GaN型层上制备光子晶体的步骤如下:

    a.在p-GaN型层5.6表面旋涂第一层光刻胶1并压印出模板过渡图形4.2,胶厚度为150nm,其特征需要良好的附着力;

    b.在第一层光刻胶1上旋涂第二层光刻胶2——SiO2,厚度为30nm,其特征作为硬掩膜,对第一层光刻胶1有很高的选择比;

    c.刻蚀第二层光刻胶2,露出第一层光刻胶1时停止刻蚀,刻蚀气体为CF4+O2,此步骤通入氧气为80sccm,时间30s,使第二层光刻胶2充分氧化,提高对第一层光刻胶1的选择比;

    d.刻蚀第一层光刻胶1,刻蚀气体为O2,由于第二层光刻胶2充分氧化,此刻蚀气体对第二层光刻胶2基本无刻蚀效果;

    e.刻蚀p-GaN型层5.6表面,在其表面形成光子晶体4.3,刻蚀气体为Cl2+BCl3;

    f.去除第一层和第二层光刻胶。

    此结构制备方法相对于传统光子晶体结构(图5),出光效率提高15%。

    实施例2

    实例2结构如图6所示,所不同的是采用三层光刻胶工艺在非平面p-GaN型层上制备光子晶体。

    采用三层光刻胶工艺在非平面p-GaN型层上制备光子晶体步骤如图3所示:

    a.在p-GaN型层5.6表面旋涂第一层光刻胶1和第二层光刻胶2,胶厚分别为150nm和30nm,其中第二层光刻胶2作为硬掩膜,材料为掺Si的光刻胶;

    b.在第一层光刻胶1和第二层光刻胶2上旋涂第三层光刻胶3并压印出模板过渡图形4.2,胶厚为200nm;

    c.以第三层光刻胶3为掩膜刻蚀第二层光刻胶2,将图案转移到第二层光刻胶2,刻蚀气体为CHF3+O2,此步骤通入氧气为80sccm,时间30s,使第二层光刻胶2充分氧化,提高对第一层光刻胶1的选择比;

    d.以第二层光刻胶2为掩膜刻蚀第一层光刻胶1,将图案转移到第一层光刻胶1,刻蚀气体为O2,由于第二层光刻胶2充分氧化,此刻蚀气体对第二层光刻胶2基本无刻蚀效果;

    e.刻蚀p-GaN型层5.6表面,在其表面形成光子晶体4.3,刻蚀气体为Cl2+BCl3;

    f.去除第一层光刻胶1和第二层光刻胶2。

    此结构制备方法相对于传统光子晶体结构(图5),出光效率提高15%。

    实施例3

    实例3如图7所示。与实施例1和2不同的是非平面n-GaN型出光面层表面起伏超过60nm,采用双层光刻胶工艺在非平面n-GaN型层5.4上制备出光子晶体。

    采用双层光刻胶工艺在非平面n-GaN型出光面层5.4上制备光子晶体步骤如下:

    a.在n-GaN型层5.4表面旋涂第一层光刻胶1并压印,胶厚度为150nm,其特征需要良好的附着力;

    b.在第一层光刻胶1上旋涂第二层光刻胶2——SiO2,厚度为30nm,其特征作为硬掩膜,对第一层光刻胶1有很高的选择比;

    c.刻蚀第二层光刻胶2,露出第一层光刻胶1时停止刻蚀,刻蚀气体为CF4+O2,此步骤通入氧气为80sccm,时间30s,使第二层光刻胶2充分氧化,提高对第一层光刻胶1的选择比;

    d.刻蚀第一层光刻胶1,刻蚀气体为O2,由于第二层光刻胶2充分氧化,此刻蚀气体对第二层光刻胶2基本无刻蚀效果;

    e.刻蚀n-GaN型层表面,在其表面形成光子晶体4.3,刻蚀气体为Cl2+BCl3;

    f.去除第一层和第二层光刻胶。

    此结构制备方法相对于传统光子晶体结构(图5),出光效率提高5%。

    实施例4

    实例4如图7所示,与实施例3所不同的是采用三层光刻胶工艺在非平面n-GaN型层5.4上制备光子晶体。

    采用三层光刻胶工艺在非平面n-GaN型层5.4上制备光子晶体步骤如下:

    a.在n-GaN型层5.4表面旋涂第一层光刻胶1和第二层光刻胶2,胶厚分别为150nm和30nm,其中第二层光刻胶2作为硬掩膜,材料为掺Si的光刻胶;

    b.在第一层光刻胶1和第二层光刻胶2上旋涂第三层光刻胶3并压印,胶厚为200nm;

    c.以第三层光刻胶3为掩膜刻蚀第二层光刻胶2,将图案转移到第二层光刻胶2,刻蚀气体为CHF3+O2,此步骤通入氧气为80sccm,时间30s,使第二层光刻胶2充分氧化,提高对第一层光刻胶1的选择比;

    d.以第二层光刻胶2为掩膜刻蚀第一层光刻胶1,将图案转移到第一层光刻胶1,刻蚀气体为O2,由于第二层光刻胶2充分氧化,此刻蚀气体对第二层光刻胶2基本无刻蚀效果;

    e.刻蚀n-GaN型层5.4表面,在其表面形成光子晶体4.3,刻蚀气体为Cl2+BCl3;

    f.去除第一层光刻胶1和第二层光刻胶2。

    此结构制备方法相对于传统光子晶体结构(图5),出光效率提高5%。

    实施例5和6

    实例5和6结构如图8所示,与实施例1不同的是在非平面透明导电层出光面表面起伏大于60nm,采用双层和三层光刻胶工艺在非平面透明导电层5.7上制备光子晶体4.3。此结构制备方法相对于传统光子晶体结构(图5),出光效率提高20%。

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