專利名稱：圖案化基板以及利用圖案化基板的發(fā)光器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用在發(fā)光二極管制備技術(shù)上的圖案化基板以及利用圖案化基板的發(fā)光器件。
背景技術(shù)：
在發(fā)光二極管技術(shù)上，在活性層中產(chǎn)生的光，只有極少部分逸出芯片以外。因此，一般情況下即便內(nèi)量子效率再高，發(fā)光二極管的外量子效率也難以達(dá)到20％以上。
這是因?yàn)?，形成發(fā)光二極管的半導(dǎo)體物質(zhì)的折射率與周邊環(huán)氧或空氣的折射率不同，因此，在發(fā)光二極管內(nèi)部產(chǎn)生的光中，只有小角度入射的光方可被釋放出來(lái)，即入射角小于芯片和環(huán)氧或芯片和空氣界面的全反射角。而以大于全反射角的角度入射到界面的光，只能在發(fā)光二極管內(nèi)部繼續(xù)產(chǎn)生全反射，最終再次被吸入到內(nèi)部變成熱。為了解決這些問(wèn)題，業(yè)界采用各種各樣的方法，比如在發(fā)光二極管芯片表面形成粗糙度，或者將異物作為光散射點(diǎn)放進(jìn)發(fā)光二極管內(nèi)部進(jìn)行薄膜生長(zhǎng)，或者基板上形成凹凸等，這些方法會(huì)分散發(fā)光二極管內(nèi)部的光的方向，以使光在經(jīng)過(guò)幾次反射之后被釋放出來(lái)。
現(xiàn)有技術(shù)采用的圖案化藍(lán)寶石基板的凹凸如圖1所示，形成蜂窩結(jié)構(gòu)。該圖案形態(tài)采用把圖案之間的間隙縮到最小的排列結(jié)構(gòu)。但是，圖案之間的間隙對(duì)薄膜生長(zhǎng)有著重要的作用，根據(jù)生長(zhǎng)設(shè)備或生長(zhǎng)工藝而不同，間隙至少要有幾u(yù)m以上。但是在蜂窩結(jié)構(gòu)上，如果擴(kuò)大圖案之間的間隙，那么圖案在總體面積中所占的比率將會(huì)驟減。發(fā)光二極管的光輸出傾向于隨著凹凸密度的增加，光分散會(huì)增多，以至發(fā)光二極管的光輸出也會(huì)增加。然而，如前面所述，如果圖案之間的間隙變大而圖案密度變小，那么光輸出會(huì)減少。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是要解決上述的這些問(wèn)題，目的是為了提高圖案密度，同時(shí)確保初期生長(zhǎng)所需要的間隙，本發(fā)明在形成圖案化藍(lán)寶石基板圖案時(shí)，在現(xiàn)有的蜂窩結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，將圖案排列成如圖2所示的正交形態(tài)。并且在基板形成凹凸時(shí)采取多種幾何圖形，只要平版印刷術(shù)工藝和蝕刻工藝的分辨能力允許，可以把各種圖形作為基本圖樣排列在基板上。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)所采用的蜂窩結(jié)構(gòu)的凹凸相比，可以增加凹凸的密度，同時(shí)增加了光輸出。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
圖1為現(xiàn)有技術(shù)概略圖。
圖2為本發(fā)明技術(shù)概略圖。
圖3為凹凸的截面圖。
圖4為凹凸的截面圖。
圖5為根據(jù)凹凸尺寸的發(fā)光效率曲線圖。
圖6為根據(jù)凹凸尺寸和高度比的發(fā)光效率曲線圖。
具體實(shí)施例方式
從圖中可以看出，根據(jù)本發(fā)明的排列，圖案之間的間隙并非最小化，這是因?yàn)?，即使是緊密排列的圖案，圖案之間還是會(huì)產(chǎn)生一定的間隙。一般認(rèn)為，這種方法會(huì)比密集排列的蜂窩結(jié)構(gòu)產(chǎn)生更多的間隙，致使光分散效果降低，但是對(duì)照?qǐng)D1和圖2可以發(fā)現(xiàn)，相比為了進(jìn)行薄膜生長(zhǎng)而在圖案之間形成間隙的蜂窩結(jié)構(gòu)，正交排列的圖案密度會(huì)更高。若將本發(fā)明的技術(shù)應(yīng)用于發(fā)光器件上，那么，相比現(xiàn)有的蜂窩形態(tài)的排列，光輸出會(huì)有所提高。
另外，在基板形成凹凸時(shí)，我們可以采用如圖3、4所示的多種幾何圖形。這些圖形包括圓形、三角形、方形等，只要平版印刷術(shù)工藝和蝕刻工藝的分辨能力允許，可以把各種圖形作為基本圖樣排列在基板上。
凹凸的截面形態(tài)對(duì)光輸出的作用也很重要。如果凹凸的高度太低，與平面相差無(wú)幾，就會(huì)在很大程度上降低光分散能力。如果凹凸的高度太高，將難以進(jìn)行薄膜生長(zhǎng)。因此，這種凹凸的尺寸與形態(tài)的優(yōu)化，是使光輸出達(dá)到最高且順利進(jìn)行薄膜生長(zhǎng)所必需的。
利用這種圖案形成凹凸時(shí)，首先凹凸的高度和側(cè)面斜度的作用極其重要。出自發(fā)光二極管內(nèi)部的光，根據(jù)發(fā)光二極管的種類，會(huì)在可見(jiàn)光區(qū)域里產(chǎn)生不同的波長(zhǎng)，但是與一般燈泡不同，它具有半波寬30nm以下、幾近單光的發(fā)光波長(zhǎng)。光衍射和折射以及散射等，主要受到與光產(chǎn)生作用的物體形狀和尺寸的影響，如果物體的尺寸比波長(zhǎng)小很多，則光分散能力會(huì)下降，如果物體的尺寸比波長(zhǎng)大很多，則薄膜生長(zhǎng)有一定的難度。
凹凸的尺寸以略大于發(fā)光二極管發(fā)光波長(zhǎng)的為好。從圖5中可以看出，凹凸宜采用與發(fā)光二極管波長(zhǎng)相似的尺寸，如果凹凸的尺寸大于波長(zhǎng)過(guò)多，則對(duì)光輸出沒(méi)有太大的幫助。
凹凸的高度以凹凸尺寸的一半以上為宜。盡管這種凹凸的尺寸和高度可以再大再高，但是凹凸越大，得到平滑生長(zhǎng)面的時(shí)間越長(zhǎng)，這樣不利于工藝生產(chǎn)。而且，從圖6中可以看出，如果凹凸的高度大于凹凸的大小(直徑)，反而會(huì)慢慢減少光輸出。適宜的凹凸高度為凹凸大小的0.5~0.8倍。本發(fā)明采用適當(dāng)?shù)陌纪菇Y(jié)構(gòu)，在增加光分散的同時(shí)，提供適合于薄膜生長(zhǎng)的凹凸的尺寸與形態(tài)。
利用本發(fā)明制造發(fā)光二極管的生產(chǎn)工藝包括以下幾個(gè)工序在藍(lán)寶石基板上涂覆光刻膠；通過(guò)平版印刷術(shù)工藝在上述基板上形成圖案；利用活性離子蝕刻器對(duì)形成上述圖案的基板進(jìn)行蝕刻；利用上述基板以及金屬有機(jī)化合物氣相生長(zhǎng)工藝形成具有發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的薄膜；利用在上述工序中制作的晶片制造發(fā)光二極管芯片；以及封裝工序。
權(quán)利要求
1.一種由凹凸的基板、p-型、發(fā)光層、n-型半導(dǎo)體組成的氮化物系發(fā)光器件，其特征在于上述基板上的凹凸排列成正交形態(tài)(圖2)。
2.按照權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件，包括上述基板在內(nèi)進(jìn)行生長(zhǎng)的晶片。
3.按照權(quán)利要求1、2所述的發(fā)光器件，其特征在于上述基板的凹凸尺寸在0.5um以上。
4.按照權(quán)利要求1、2所述的發(fā)光器件，其特征在于上述基板的凹凸的截面形態(tài)為三角形、圓形、方形或多邊形。
5.按照權(quán)利要求1、2所述的發(fā)光器件，其特征在于上述基板的凹凸的高度與直徑的比率在0.5以上、0.8以下。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種應(yīng)用在發(fā)光二極管制備技術(shù)上的圖案化基板以及利用圖案化基板的發(fā)光器件。利用圖案化藍(lán)寶石基板進(jìn)行發(fā)光二極管薄膜生長(zhǎng)時(shí)，在活性層產(chǎn)生的光因基板上形成的凹凸而產(chǎn)生折射或散射，從而增加了向發(fā)光二極管芯片外部釋放光的概率，以至發(fā)光二極管的外部量子效率得以提升。本發(fā)明是關(guān)于在上述基板形成的凹凸的形態(tài)及排列，為了增加發(fā)光二極管的光輸出，在上述基板形成凹凸的方法上，本發(fā)明提供一種圖案形成方法，與現(xiàn)有技術(shù)所采用的蜂窩結(jié)構(gòu)相比，該方法的光輸出更加優(yōu)異，薄膜生長(zhǎng)也容易。
文檔編號(hào)H01L33/00GK1921163SQ200610152639
公開(kāi)日2007年2月28日 申請(qǐng)日期2006年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月25日
發(fā)明者(要求不公開(kāi)姓名) 申請(qǐng)人:廊坊清華科技園光電有限公司