[发明专利]一种蓝宝石基片表面有序粗化方法及蓝宝石基片、LED制备方法和LED

说明书

技术领域

本发明涉及一种蓝宝石基片表面有序粗化的方法及蓝宝石基片、LED制备方法和LED。

背景技术

目前，高出光效率的GaN光电二极管(LED)在很多地方都有很好的应用，比如交通信号灯，全色显示器，液晶显示背景光源以及固态照明等。但是，基于蓝宝石基底外延的GaN层存在大量的位错，以及两者的热膨胀系数的不匹配，这些都会降低LED内在的量子效率。并且由于GaN层与空气光折射系数差较大，内部的全反射会使得出光效率受到限制。因此要想提高出光效率，必须提高LED内在量子效率以及出光效率。

Fan等人从理论上计算出可以利用光子晶体提高LED的出光效率。日本松下公司率先将光子晶体运用到蓝色LED，使得发光效率提高了1.5倍，而理论计算表明进一步改进工艺后效率可以提高3倍。所以光子晶体在LEB领域的应用具有广泛的前景。目前制备光子晶体的方法主要是传统的EBL(电子束蚀刻)，其制作成本高，效率低。

利用侧向外延技术能显著的降低位错，但是两步生长过程在工艺上很耗时。最近几年，在图形化的蓝宝石衬底上直接进行GaN的外延技术被广泛研究。这一简化的生长工艺能减少位错，提高光产生效率。同时，蓝宝石的几何图案也能有效的提高光的出光效率。不过目前的工艺主要是产生微米级的图形。如果能缩小图形的尺度，就能增加图案的数目，这样更能促使光的散射。

发明内容

本发明的目的就是提供一种蓝宝石基片表面有序粗化方法，能够利用单层纳米球刻蚀技术在蓝宝石、单晶Si等基片上制备有序的纳米图形，从而能促使光的散射。

本发明的另一目的是提供一种采用该方法制备的蓝宝石基片。

本发明的再一目的是提供一种LED制备方法。

本发明的再一目的是提供一种LED。

本发明的一种蓝宝石基片表面有序粗化方法包括如下步骤：

步骤1、将聚苯乙烯纳米球均匀分布在蓝宝石基片表面；

步骤2、将蓝宝石基片置于Cl-BCl混合气氛中，用ICP刻蚀机进行刻蚀；

步骤3、去除掉聚苯乙烯纳米球，从而得到表面均匀分布有小突起的图案化蓝宝石基片。

优选地，所述的聚苯乙烯纳米球的直径为100～5000nm。

优选地，所述聚苯乙烯纳米球的直径为600nm。

本发明还提供了一种蓝宝石基片，基片的表面具有均匀分布的图案化的小突起，在所述蓝宝石基片表面形成所述小突起的方法包括如下步骤：

步骤1、将聚苯乙烯纳米球均匀的分布在蓝宝石基片表面；

步骤2、将蓝宝石基片置于Cl-BCl混合气氛中，用ICP刻蚀机进行刻蚀；

步骤3、去除掉聚苯乙烯纳米球。

优选地，所述的聚苯乙烯纳米球的直径为100～5000nm。

优选地，所述聚苯乙烯纳米球的直径为600nm。

本发明还提供了一种LED的制备方法，包括如下步骤：

步骤1、将聚苯乙烯纳米球均匀的分布在蓝宝石基片表面；

步骤2、将蓝宝石基片置于Cl-BCl混合气氛中，用ICP刻蚀机进行刻蚀；

步骤3、去除掉聚苯乙烯纳米球，从而得到表面均匀分布有小突起的图案化蓝宝石基片；

步骤4、将制备好的具有图案化的蓝宝石基片放入到金属-有机化学气氛沉积系统(MOCVD)中，先制备GaN层作为形核层，随后再依次制备如下层：不掺杂的GaN层、Si掺杂的n-GaN层、InGaN-GaN多量子井和一层Mg掺杂的p-GaN层。

优选地，所述的聚苯乙烯纳米球的直径为100～5000nm。

优选地，所述聚苯乙烯纳米球的直径为600nm。

本发明还提供了一种LED，该LED通过如下步骤来制备：

步骤1、将聚苯乙烯纳米球均匀的分布在蓝宝石基片表面；

步骤2、将蓝宝石基片置于Cl-BCl混合气氛中，用ICP刻蚀机进行刻蚀；

步骤3、去除掉聚苯乙烯纳米球，从而得到表面均匀分布有小突起的图案化蓝宝石基片；

步骤4、将制备好的具有图案化的蓝宝石基片放入到金属-有机化学气氛沉积系统(MOCVD)中，先制备GaN层作为形核层，随后再依次制备如下层：不掺杂的GaN层、Si掺杂的n-GaN层、InGaN-GaN多量子井和一层Mg掺杂的p-GaN层。