納米結構減反射層及其在led的應用的制作方法
【專利摘要】提供了一種表面為碳化硅或氮化鎵材料的光學設備，該光學設備具有表面中形成的非周期性納米結構，該納米結構包括多個錐形結構，其非周期性地分布在表面上。多個錐形結構具有隨機高度分布，并且該錐形結構的至少一部分的高度至少為100納米。非周期性確保光從芯片出射以后的均勻空間光分布。還提供了一種在光學設備上制造非周期性納米結構表面的方法，該方法包括步驟：提供碳化硅或氮化鎵設備，在基底的至少一部分上形成掩模材料的薄膜，處理薄膜以形成薄膜材料的納米島，主要以各向異性刻蝕基底，并同時至少刻蝕薄膜掩模材料的至少一部分，以形成非周期性納米結構，該納米結構包括多個錐形表面結構。光學設備可包括白光LED、或用于白光源的波長轉(zhuǎn)換器。
【專利說明】納米結構減反射層及其在LED的應用

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及納米結構表面，具體地說，涉及具有形成于其中的非周期性納米結構 的碳化硅或氮化鎵表面中的納米結構表面、以及制備該結構的方法。本發(fā)明還涉及輸出表 面中具有非周期性納米結構的發(fā)光二極管。

【背景技術】
[0002] 隨著世界上第一支在技術上可以實現(xiàn)提供全固態(tài)白光照明用于大規(guī)模節(jié)約能耗 的高效GaN或InGaN藍光二極管的出現(xiàn)，發(fā)光二極管在過去的二十年里又重新引起了大家 的興趣。在將發(fā)光二極管與傳統(tǒng)的白熾及熒光光源比較時，發(fā)光二極管有很多優(yōu)點，包括能 耗低、工作壽命長、強度高、尺寸小、開關快速、以及更好的、用于許多新的照明應用的技術 功能。在節(jié)能和減少二氧化碳排放的要求的驅(qū)動下，高亮度發(fā)光二極管被看作環(huán)保光源，并 可提供幾十億的市場。
[0003] 然而，要充分利用發(fā)光二極管的潛能，還存在一些挑戰(zhàn)。由于半導體發(fā)光二極管的 抽取效率低，用于室內(nèi)照明的發(fā)光二極管比輸出功率相當?shù)臒晒鉄舻膬r格高，還需要更精 準的電流和熱量管理。
[0004] 典型的諸如GaN發(fā)光二極管的固態(tài)發(fā)光二極管已經(jīng)生長在藍寶石基底或硅基底 上。然而，近來碳化硅基底也廣泛應用在實驗室，這是由于與藍寶石相比，碳化硅與例如GaN 具有更好的晶格匹配，且比藍寶石的熱導性好。使用的基底通常是透明基底，諸如藍寶石和 碳化硅，其使生成的光能夠透射。
[0005] 為了基于藍光二極管獲得白光源，使用例如YAG熒光粉涂層的波長轉(zhuǎn)換器已經(jīng)被 使用。熒光粉將藍光轉(zhuǎn)換為黃光（向下轉(zhuǎn)換），通過將黃光與藍光混合，產(chǎn)生看上去是白色 的光。然而，熒光粉比半導體發(fā)光二極管芯片衰減快得多，因此白光LED會隨著時間變藍。 此外，形成一部分熒光粉的稀土元素（諸如釔）增加了設備的價格。
[0006] 由于熒光碳化硅具有更好的顯色能力、更長的工作壽命，并且不包含稀土元素，因 此最近熒光碳化硅已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)是一種可與藍光或近紫外（UV)半導體發(fā)光二極管結合使用 的感興趣的波長轉(zhuǎn)換器。然而，制造的發(fā)光二極管依然具有抽取效率低的問題。
[0007] 通常單層四分之一波長薄膜減反射涂層被用于提高特定波長的照明。提高更寬波 長譜的抽取效率可通過使用多層具有適當反射率的減反射涂層實現(xiàn)。然而，該設計要求熱 膨脹系數(shù)的嚴格匹配。
[0008] 同樣，周期性光子晶體已經(jīng)被證明為是一種有效提高光抽取效率的方式，例如見 歐海燕等人在《光學快訊》雜志第20卷第7冊7575至7579頁的"熒光SiC的寬帶和全向 光增強"。然而，這些結構是使用昂貴且耗時的電子束光刻制造，其帶來巨大的額外成本，并 限制了大規(guī)模生產(chǎn)。
[0009] Song等人在《應用物理學快報》97, D93110-1-3發(fā)表了"使用銀納米顆粒用于改進 光抽取效率的基于GaN的發(fā)光二極管的無序減反射納米材料"。其中建議在IT0涂層提供 無序的亞波長結構。該方法包括作為刻蝕掩模淀積在IT0電極層上的二氧化硅層，以及形 成銀納米結構的緩沖層。一層銀薄膜層淀積在二氧化硅層上，該層經(jīng)退火后通過自組裝形 成單獨的納米顆粒。然后，使用銀納米掩?？涛g二氧化硅，并以另一個刻蝕工藝處理ITO,用 于在ITO中創(chuàng)建亞波長結構。
[0010] 將納米結構制作在涂層材料的一大不足是在兩種不同材料之間過渡中總會有某 些損耗。而且建議的方法非常復雜，并且需要兩個掩模步驟和兩個刻蝕步驟用于在IT0層 中創(chuàng)建亞波長納米結構。
[0011] 此外，Dylewicz在應用物理學B(2012) 107:393-399的"用于增強來自發(fā)光二極管 的光抽取的GaN的漸變折射率減反射層形成"中提供了使用小于100納米的亞微米空間結 構的隨機表面粗糙化。然而，該表面粗糙化的不足是納米結構太小，以致于無法實現(xiàn)導光， 并由于太小而以致于無法有效增加透射。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明的一個目的是提供一種具有改進的表面特性的光學設備。
[0013] 本發(fā)明的另一個目的是提供一種發(fā)光二極管，該發(fā)光二極管的集成部分中具有納 米結構。
[0014] 根據(jù)上述和其它目的，提供了一種設備，其至少一個表面具有非周期性納米結構。 該設備可以是光學設備，并且至少一個表面可以是碳化硅材料或氮化鎵材料。至少一個表 面可具有在光輸出表面（即反射表面）的材料中形成的非周期性納米結構。納米結構可包 括多個錐形結構，其非周期性地分布在表面上。
[0015] 錐形結構（以下稱為圓錐）可以是納米大小的圓錐。材料可以是單晶材料，并且 非周期性納米結構可形成在單晶材料中。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種光學設備，其具有至少一個碳化硅或氮化鎵 材料的表面，用于將光輻射從設備內(nèi)部向周圍傳輸，至少一個表面具有碳化硅或氮化鎵材 料形成的亞波長納米結構，亞波長納米結構包括多個錐形結構，其特征在于，多個錐形結構 具有隨機高度分布，并且非周期性地分布在至少一個表面上，錐形結構中至少一部分的高 度至少為100納米。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種用于光學設備的碳化硅或氮化鎵基底，該 基底具有用于將光福射從該基底內(nèi)部向周圍傳輸?shù)牡谝槐砻?，該碳化娃基底?或該氮化 鎵基底的第一表面中提供了亞波長納米結構，形成于該基底的第一表面中的該亞波長納米 結構包括多個錐形結構，其特征在于，該多個錐形結構具有隨機高度分布，并且非周期性地 分布在該至少一個表面上，該錐形結構中至少一部分的高度至少為100納米。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，提供了一種在碳化硅基底或氮化鎵基底的表面中制造 至少一種亞波長納米結構的方法，用于在波長范圍內(nèi)將該碳化硅基底或氮化鎵基底配置用 于低反射率，該波長范圍具有中心波長，該方法包括步驟：
[0019] 提供碳化硅或氮化鎵基底；
[0020] 在該基底的至少一部分上提供薄膜材料；
[0021] 處理該薄膜材料，以形成該薄膜材料的自組裝納米島，該納米島用于在刻蝕的至 少一部分期間掩模該基底的至少一部分；
[0022] 在各向異性刻蝕中使用該納米島作為掩模，以第一刻蝕速率刻蝕該基底，同時以 第二刻蝕速率刻蝕該納米島的至少一部分，該第二刻蝕速率低于該第一刻蝕速率，從而形 成亞波長納米結構，其包括多個錐形表面結構，該錐形表面結構非周期性地分布在該基底 的表面上，該多個錐形結構具有隨機高度分布，并且該錐形結構中至少一部分的高度至少 為100納米。最后一步，可去除剩余的薄膜材料。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的再一個方面，提供了一種制造發(fā)光二極管的方法，該方法包括：提供 單晶碳化硅基底、單晶熒光碳化硅基底、或單晶氮化鎵基底；在單晶基底的第一表面中提供 根據(jù)權利要求16至22中任意一項該亞波長納米結構，該亞波長納米結構包括多個錐形碳 化硅/熒光碳化硅/氮化鎵結構；以及在該基底的第二表面上單片生長氮化物基發(fā)光二極 管，其至少包括N型摻雜氮化鎵層和P型摻雜氮化鎵層。
[0024]將多個錐形結構非周期性地分布在表面上的優(yōu)點在于顯著降低了表面的反射率。
[0025]本發(fā)明的另一個優(yōu)點在于多個錐形結構可具有隨機高度分布。隨機高度分布確保 波長范圍（諸如在寬波長范圍，諸如全部或部分可見光中的電磁輻射和/或從諸如近紅外 輻射的紅外輻射，到諸如近紫外輻射的紫外輻射的電磁輻射）上納米結構表面的透射和/ 或反射特性被優(yōu)化或改進。
[0026]本發(fā)明的另一個優(yōu)點是多個錐形結構可具有隨機高度分布、隨機結構尺寸、以及 隨機結構距離。非周期性確保光從芯片出射以后的均勻空間光分布。
[0027]通常在現(xiàn)有技術中，已經(jīng)在周期性結構中提供了納米結構，其中制造的"圓錐"或 頂部中的每一個具有基本相同的高度。因此，反射和/或透射主要被改進在特定出射角或 狹窄的角度分布。
[0028] 此外，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)從光學設備的納米結構表面的內(nèi)表面的反射率也被顯著降低，光 從該方向上經(jīng)歷具有錐形缺口的納米結構表面。因此，納米結構表面的光致發(fā)光被顯著增 強。
[0029]在本發(fā)明的再一個方面中，提供了一種增加晶片表面至少一部分的透射率的方 法，該方法包括在碳化硅或氮化鎵基底的表面中制造亞波長納米結構，用于在波長范圍中 將該基底配置用于增加透射率，該波長范圍具有中心波長，該方法包括步驟：
[0030]提供碳化硅或氮化鎵晶片；
[0031]在該基底的至少一部分上提供薄膜材料；
[0032]處理該薄膜，以形成該薄膜材料的自組裝納米島，該納米島用于在刻蝕期間掩模 該基底的至少一部分；
[0033]在基本各向異性刻蝕中使用該納米島作為掩模，以第一刻蝕速率刻蝕該基底，同 時以第二刻蝕速率刻蝕該納米島的至少一部分，該第二刻蝕速率低于該第一刻蝕速率，從 而形成亞波長納米結構，其包括多個錐形表面結構，該錐形表面結構非周期性地分布在該 基底的表面上，該多個錐形結構具有隨機高度分布，并且非周期性地分布在該至少一個表 面上，該錐形結構中至少一部分的高度至少為100納米，用于使增加的散射光的透射率分 布在晶片上的多個光學設備。在形成納米結構以后，可去除該薄膜材料。
[0034]可在整個晶片的表面中提供亞波長納米結構。
[0035]本發(fā)明的一個顯著的優(yōu)點是該方法是可擴展的，并可用在晶片規(guī)模，以使包括多 個光學設備的晶片可在一個工藝中制備。本發(fā)明的另一個優(yōu)點是晶片的平面可被提供用于 該方法。因此，可在具有公共平面的多個光學設備中同時提供納米結構。
[0036] 本文使用的光學設備可以是任何設備，包括任何用于接收或者傳輸任意波長光的 表面。該表面可以是折射面。
[0037] 該光學設備可具有至少一個碳化硅或氮化鎵材料的表面，并且該至少一個表面可 以是基底的至少一個表面、和/或碳化硅或者氮化鎵材料中提供的光學設備的有源元件的 至少一個表面。
[0038] 在本發(fā)明的另一方面中，提供了 一種制備具有至少一個納米結構表面的設備的方 法。該設備可以是光學設備。該方法包括：提供基底，諸如單晶基底、碳化硅基底或氮化鎵 基底?？稍诨椎闹辽僖徊糠稚闲纬裳谀２牧系谋∧ぃ⑶铱商幚碓摫∧?，以形成薄膜材料 的納米島?？稍诨靖飨虍愋钥涛g中刻蝕該單晶基底，同時刻蝕該薄膜材料的至少一部分， 以形成非周期性納米結構。在該方法的最后一步中，可通過例如使用濕法刻蝕來刻蝕薄膜 材料從而移除薄膜。
[0039] 在本發(fā)明的另一個方面中，提供了一種波長轉(zhuǎn)換器。該波長轉(zhuǎn)換器具有至少一個 單晶材料（諸如單晶碳化硅或單晶氮化鎵）的表面。至少一個表面可具有單晶材料形成的 納米結構，并且該納米結構可包括多個錐形結構，該錐形結構非周期性地分布在表面上。
[0040] 在一個或多個實施方式中，發(fā)光二極管結構還可包括波長轉(zhuǎn)換器。該波長轉(zhuǎn)換器 可具有至少一個碳化娃或氮化鎵表面，該至少一個表面具有碳化娃或氮化鎵材料形成的亞 波長納米結構。
[0041] 在本發(fā)明的另一個方面中，提供一種包括發(fā)光二極管的光學設備。該發(fā)光二極管 可主要出射第一波長范圍內(nèi)的光，并且該光學設備還可具有至少一個表面，諸如單晶材料 的表面，其具有本文所述的納米結構。該光學設備還可包括本文所述的波長轉(zhuǎn)換器。
[0042] 能夠直接在單晶材料中提供納米結構的優(yōu)點在于基底材料和錐形納米結構之間 的熱膨脹系數(shù)以及折射率沒有差別，即基底和錐形納米結構具有相同的折射率。由此，將會 獲得漸變折射率，且光將不會或基本不會經(jīng)歷任何界面。例如，如果納米結構底部的折射率 為基底的折射率，由于納米錐形結構從底部向頂部逐漸變窄，納米結構的有效折射率會逐 漸地從基底的折射率變?yōu)橹車h(huán)境的折射率。
[0043]另一個優(yōu)點在于在制造光學設備的工藝中，不需要將除了單晶材料（諸如碳化硅 或氮化鎵）的標準處理以外的材料引入。
[0044] 多個錐形結構可具有隨機高度分布。因此，形成納米結構的單個錐形結構的高度 可隨機改變。例如，如果多個錐形結構的平均高度為240納米，則多個錐形高度的標準偏差 可以是80,如果多個錐形結構的平均高度為500納米，則其標準偏差可以是300納米。因 此，該標準偏差的范圍可以是平均高度分布的30%到60%之間。
[0045] 在一些實施方式中，多個錐形結構的高度可隨機地在100納米和350納米之間變 化，從而使漫射光可在一定波長范圍內(nèi)透射，諸如在450納米和800納米之間、390和700納 米之間。
[0046] 對于多個具有隨機高度變化的錐形結構而言，多個錐形結構的至少第一部分可具 有第一高度間隔內(nèi)的高度，多個錐形結構的至少第二部分可具有不同于第一高度間隔的第 二高度間隔內(nèi)的高度。多個錐形結構可具有第一、第二、以及其它可能的高度間隔之間的隨 機分布。
[0047] 隨機高度分布確保納米結構表面在一定的波長范圍內(nèi)具有優(yōu)化或改進的透射和/ 或反射特性。
[0048]具有非周期性納米結構的表面可在可見光波長范圍內(nèi)具有非常低的反射率，例如 平均表面反射率低于10%、低于5%，諸如可見光波長范圍內(nèi)的平均反射率低于2%、低于 1. 6%。對于一些材料而言，由于低反射率，表面可能看起來是黑色。
[0049]在一個或多個實施方式中，諸如單晶材料的材料可以是化合物材料，諸如碳化硅 材料、氮化鎵材料等。氮化鎵材料可以是任何氮化鎵基材料，并且氮化鎵材料可包括GaN， InGaN 等。
[0050]單晶材料可具有寬的帶隙和強大的鍵能。
[0051]諸如碳化硅或鎵氮化物的化合物材料由至少兩種組分組成，諸如單晶材料的化合 物材料通常是由不同組分之間強大的鍵能表征，從而，其通常具有高鍵能，并且由于任何化 學工藝會需要比化合物之間的鍵能更高的活化能，因此其通常具有高的耐化學性。
[0052]因此，這些材料需要更高溫度或物理反應用于刻蝕，并且諸如單晶材料的材料是 由反應離子刻蝕工藝中的各向異性刻蝕表征，諸如使用氟化物基氣體（諸如SF6)的反應離 子刻蝕工藝中的各向異性刻蝕。因此，這些材料常常用于微機械加工，這是因為可使用最小 的側(cè)向刻蝕刻蝕出深的結構。
[0053]薄膜材料可以是具有所需掩模能力的任何材料，并且該薄膜可由包括銀，金，鉬， 鋁或鈀，或其任意組合的任何材料制成。
[0054]掩模材料的薄膜具有比基底材料的刻蝕速率低得多的刻蝕速率，諸如刻蝕速率比 基底材料的刻蝕速率低2、5或10倍。第一刻蝕速率和第二刻蝕速率之間的比例可以大于 1，諸如大于5、大于10、大于100。
[0055]優(yōu)選地，掩模材料能夠在薄膜處理時形成納米島。從而該薄膜可通過熱處理、化學 反應、光致反應、或者這些反應的任意組合被處理以形成納米島，以產(chǎn)生掩模材料的凝聚、 成核或分解，從而制備不連續(xù)的半球狀或圓頂狀的納米島。納米島的平均尺寸和密度可通 過調(diào)節(jié)工藝參數(shù)以及薄膜層的厚度來控制。然而，本發(fā)明的一個優(yōu)點在于，納米島的大小并 不需要和納米結構一樣被嚴格控制，即多個錐形結構優(yōu)選地隨機分布在表面上，并且具有 隨機高度分布，從而該多個錐形結構不需要高度或者寬度相同。由此，制備納米結構表面的 方法中的任何中間步驟，即平坦化等，可被排除。
[0056]在一個或多個實施方式中，錐形結構可具有小于1000納米的基區(qū)寬度，諸如小于 800納米、小于500納米、小于400納米、小于300納米，例如小于200納米、小于100納米。 基區(qū)寬度可在20納米和1000納米之間，諸如50和800納米之間、100納米和500納米之 間、100納米和300納米之間。
[0057]多個錐形結構中的每一個可具有至少100納米的高度，諸如至少200納米、至少 300納米、至少400納米、至少500納米、至少800納米、至少1000納米。錐形結構的高度可 在100納米至1000納米之間，諸如100納米和800納米之間、100納米和500納米之間、200 納米和400納米之間。圓錐高度與圓錐寬度可以是任何組合，且圓錐高度與圓錐寬度可被 調(diào)節(jié)，以實現(xiàn)例如特定波長或特定波長范圍的特定反射率。在一些實施方式中，圓錐的基區(qū) 寬度可小于400納米，高度至少為400納米。在一些實施方式中，圓錐的高度分布可在100 納米至350納米之間。圓錐可在至少一個表面上具有不同的基區(qū)寬度和不同的高度。
[0058]錐形結構的高寬比可在2與15之間，諸如在3與10之間、在7與13之間等，高寬 比是高度/寬度比值。
[0059] 多個錐形結構的高度分布可被選擇用于具有中心波長的波長范圍內(nèi)的最佳性能。 多個錐形結構的高度可在中心波長的三分之一和中心波長的至少1/2之間（諸如在100納 米和中心波長的至少1/2之間、100納米和中心波長之間）隨機變化。
[0060] 多個錐形結構可非周期性地分布在至少一個表面上。該錐形結構是非周期性地分 布意指該錐形結構的分布不是周期性的，并且任何兩個錐形結構之間的距離與任意兩個其 它錐形結構之間的距離不一定相同，非周期性分布可以是隨機、非周期性或準周期性分布。 此外，各個錐形結構不需要相同，錐形結構的高度可以變化，同樣，圓錐的寬度可在相同的 表面上變化，以使圓錐的高度和寬度可從100納米變化為1000納米，諸如從100納米到800 納米、從100納米至500納米。因此，圓錐的尺寸分布可延伸1000納米，可給出關于圓錐寬 度和高度的平均值，可能的高度和/或?qū)挾鹊淖兓?00納米，諸如500納米、300納米等。
[0061] 通常高度是從所選擇的基平面測量，這種基平面（諸如證明用于多個錐形結構的 基平面）包括最低刻蝕點。通常錐形結構的寬度也是沿選擇的基平面測量的。
[0062] 圓錐分布的平均值是1. 0E8-2. 0E11個圓錐/cm2。
[0063] 自組裝納米結構的密度可以是1與2000個納米顆粒/ii m2之間，諸如處于100與 200個納米顆粒/iim2之間。納米島為例區(qū)域覆蓋率可以是20%和40%之間，諸如25%和 35%之間。通常，多個錐形納米結構的密度可對應于自組裝納米島的密度，并且因此多個錐 形結構的密度可以是1和2000錐形結構/ ii m2之間，諸如是100和200錐形結構/ ii m 2之 間。
[0064] 在一個或多個實施方式中，自組裝納米島的平均顆粒大小可在10納米到380納米 之間，和/或自組裝納米島之間的平均間隔可在10納米和380納米之間。
[0065]在本發(fā)明的一個或多個實施方式中，單晶材料是碳化硅或氮化鎵，并且包括多個 錐形結構的納米結構也可以是碳化硅或氮化鎵，以分別以碳化硅或氮化鎵制備錐形結構。 碳化硅可用作形成發(fā)光二極管基礎的基底。然而，碳化硅、以及硅和藍寶石，具有非常高的 折射率。因此，很多光被束縛在二極管內(nèi)，即在材料/空氣界面被反射回材料內(nèi)部，從而減 少了發(fā)光二極管的光抽取效率。GaN同樣比照適用。
[0066] 碳化硅通常是透明材料，并因此用作使光能夠透射的光學設備的材料。具有制造 于表面層中的周期性納米結構的碳化硅也是透明材料，然而，在碳化硅基底中提供非周期 性納米結構使該碳化硅看上去是黑色。具有非周期性納米結構的表面在可見光波長范圍內(nèi) 具有非常低的反射率，因此，透射率會增加。
[0067]通常，碳化硅對于可見光波長范圍內(nèi)的光的表面反射率是大約20%，然而，通過將 納米結構表面應用在碳化硅，表面材料的反射率可以減小15倍（從20. 5%至1. 62% )，并 且抽取效率可增加高達70% (諸如60%，這取決于圓錐分布、圓錐寬度、以及圓錐高度）。 [0068] 在本發(fā)明的一個或多個實施方式中，單晶材料被用在發(fā)光二極管的制造中。
[0069]光學設備可包括至少部分為氮化鎵材料的發(fā)光二極管結構，并且該光學設備可具 有至少一個氮化鎵表面，該發(fā)光二極管結構用于通過至少一個氮化鎵表面出射光，其中在 氮化鎵表面中提供亞波長納米結構。
[0070]在本發(fā)明的再一個方面中，提供了一種用于白光出射的發(fā)光二極管。該發(fā)光二極 管包括其第一側(cè)面具有納米結構的基底、以及基底的第二側(cè)面上提供的發(fā)光二極管結構。 該發(fā)光二極管用于通過基底出射光，并且基底中形成的納米結構可包括多個非周期性分布 在該表面上的圓錐。該錐形結構可形成在基底上，即在基底材料中，錐形結構的高度可以隨 機變化。
[0071] 在本發(fā)明的再一個方面中，提供了一種制備發(fā)光二極管的方法，該方法包括提供 基底，在基底的第一側(cè)面提供非周期性納米結構，以及在基底的第二側(cè)面提供發(fā)光二極管， 該發(fā)光二極管用于通過該基底出射光。
[0072] 基底可以是例如碳化硅或氮化鎵的高晶體質(zhì)量材料，或者對于白光透明的任何其 它_晶體質(zhì)量材料。該_晶體質(zhì)量材料可以是單晶材料。優(yōu)選地，該_晶體質(zhì)量材料具有 低位錯密度和/或高純度。
[0073] 在一個或多個實施方式中，發(fā)光二極管結構主要是由碳化硅材料、氮化鎵材料或 其任意組合制備。
[0074] 發(fā)光二極管結構可包括熒光碳化硅，并且該熒光碳化硅可包括n型摻雜（例如通 過用氮和硼摻雜）的熒光碳化硅的第一層、以及P型摻雜（例如通過氮和鋁摻雜）的熒光 碳化硅的第二層?？蛇x擇這些層的厚度，以使各層足夠厚，從而體積足夠產(chǎn)生強的出射光。 通常P型摻雜層（諸如氮和鋁摻雜層）產(chǎn)生寬的施主受主帶發(fā)光，其與n型摻雜層中（諸 如氮和硼摻雜層）的寬的施主受主帶發(fā)光一起為具有可見光區(qū)域中波長的光提供寬的半 高全寬的曲線。尤其是氮和硼摻雜的碳化硅層可出射峰值波長大約為600納米的暖白光。 來自氮和鋁摻雜碳化硅的光譜可呈現(xiàn)藍綠出射。通過組合這兩個熒光層和兩個寬波長光輸 出，得到了至少覆蓋大部分可見光譜的純白光。
[0075] 發(fā)光結構還可包括用于激發(fā)諸如熒光碳化硅的基底材料的發(fā)光二極管，并且該發(fā) 光二極管可以是例如氮化物基近紫外堆棧、或者任何其它能夠激發(fā)基底或熒光碳化硅的發(fā) 光二極管。
[0076] 氮化物基近紫外堆?？缮L在熒光碳化硅上，并且可以是例如單片生長。
[0077] 在碳化硅基底上單片生長熒光碳化硅、以及單片生長發(fā)光二極管的優(yōu)點在于整個 光學設備可在一個工藝中制備而不需要不同基底的鍵合等。因此，該制備工藝可自動化，從 而可顯著減少制備工藝的時間和成本。
[0078]使用單晶材料作為發(fā)光二極管生長的基底的另一個優(yōu)點在于發(fā)光二極管可以直 接生長在單晶材料上。例如，與藍寶石比較，使用單晶碳化硅基底提供與例如GaN更好的晶 格匹配和改進的導熱性。單晶氮化鎵材料同樣比照適用。
[0079] 在本發(fā)明的再一個方面中，提供了 一種制備發(fā)光二極管的方法，該方法包括：提供 高晶體質(zhì)量碳化硅或氮化鎵基底，可在碳化硅或氮化鎵基底的第一側(cè)面上生長碳化硅層。 該方法還包括單片生長n型摻雜和p型摻雜的熒光碳化硅層，諸如氮和硼摻雜的熒光碳化 硅層、以及氮和鋁摻雜的熒光碳化硅層?？稍跓晒馓蓟鑼禹敳可L氮化物基近紫外發(fā)光 二極管，其至少包括n型摻雜GaN層和p型摻雜GaN層。接觸區(qū)域可被分別提供給n型摻 雜GaN層和p型摻雜GaN層?？稍谔蓟鑼拥牡诙?cè)面上提供非周期性納米結構。該納米 結構可包括多個錐形碳化硅結構，其中該碳化硅圓錐非周期性分布在表面上。
[0080] 在一個或多個實施方式中，納米結構可包括多個金字塔形結構，或者納米結構可 包括多個金字塔形和/或錐形結構。
[0081] 周圍可包括在光學設備和/或納米結構表面周圍的任何材料，例如空氣、環(huán)境空 氣、受保護的環(huán)境、液體、水等。本領域技術人員會理解單片生長第一摻雜層（諸如包括氮 和硼摻雜突光碳化娃層的第一摻雜層）和第二摻雜層（包括氮和錯摻雜突光碳化娃層的第 二摻雜層）的工藝可分別是任何已知的工藝。此外，可使用任何常規(guī)已知的或本領域工藝 狀態(tài)實現(xiàn)在熒光碳化硅的頂部單片生長至少包括P型摻雜氮化鎵和n型摻雜氮化鎵的近紫 外發(fā)光二極管的工藝?？赏ㄟ^沉積選擇的觸點材料或通過用任何其它已知工藝提供觸點材 料執(zhí)行為n型摻雜GaN層和p型摻雜GaN提供接觸區(qū)域。
[0082] 現(xiàn)在將參考附圖在下文中更充分地描述本發(fā)明，其中示出了本發(fā)明的示例性實施 方式。然而，本發(fā)明可體現(xiàn)在不同形式，并且不應被解釋為局限于本文闡述的實施方式。相 反，提供這些實施方式，以使本公開更加全面和完整，并且將向本領域技術人員充分傳遞本 發(fā)明的范圍。全文中類似的標號指代類似的元件。因此，不會在每幅圖的描述中詳細描述 類似的元件。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0083] 圖la示出非周期性減反射亞波長結構制備工藝的示意圖，圖lc示出形成的金屬 納米島的SEM圖，圖lb、Id和le示出形成的納米結構的SEM圖，并且圖If示意性示出圖Id 中SHM圖中所示的納米結構；
[0084] 圖2a和b示出無結構碳化硅基底上的水滴接觸角，
[0085] 圖3a和b示出具有非周期性納米結構的碳化硅基底上的水滴接觸角；
[0086] 圖4示出無結構碳化硅和具有非周期性納米結構的碳化硅基底的表面反射率；
[0087] 圖5示出對無結構碳化硅和具有非周期性納米結構的碳化硅基底的光致熒光改 進；
[0088] 圖6示意性地示出從無結構碳化硅對和具有非周期性納米結構的碳化硅基底出 射的光；
[0089] 圖7示出無結構碳化硅和具有非周期性納米結構的碳化硅基底的角分辨發(fā)射強 度；
[0090] 圖8示出具有非周期性納米結構的碳化硅基底在不同出射角的熒光增強；
[0091] 圖9示意性地示出碳化硅基底上的發(fā)光二極管；
[0092] 圖10示出碳化硅基底上的GaN發(fā)光二極管；
[0093] 圖11示意性地示出用于制備非周期性納米結構的工藝；
[0094] 圖12示出金厚度分別為3納米、5納米及7納米的樣品的SEM圖；
[0095] 圖13示出金厚度與顆粒直徑、NP密度和區(qū)域覆蓋率之間的關系；
[0096] 圖14示出使用3nm、5nm及7nm厚度的金薄膜形成的的減反射結構的SEM圖；
[0097] 圖15示出作為波長函數(shù)的測量的透射率和反射率，以及作為波長函數(shù)的計算的 吸收率；
[0098] 圖16示出作為金厚度函數(shù)的測量的平均反射率和透射率、以及計算的平均吸收 率。

【具體實施方式】
[0099] 在本發(fā)明中制備了光學設備，該設備具有基底2,其具有表面3。基底是碳化硅或 氮化鎵基底。在圖1中，簡要示出了制備包括表面上的多個錐形結構的納米結構的工藝，其 中圓錐非周期性地分布在表面上。首先，在單晶基底2上沉積金屬（通常是金）薄膜層，通 過熱處理、化學反應、光致反應、或者這些反應的任意組合被處理以形成納米島，以產(chǎn)生掩 模材料的凝聚、成核或分解，從而制備不連續(xù)的半球狀或圓頂狀的納米島4。（然后，注意在 步驟（ii)和（iii)中示意性地畫出周期性結構，以簡化示圖）。納米島的平均尺寸和密度 可通過調(diào)整工藝參數(shù)以及薄膜層的厚度控制。在步驟（iii)中，使用3匕和0 2的混合氣體 施加反應離子刻蝕（RIE)，使用薄膜納米島作為掩模層在基底上形成非周期性錐形納米結 構。去除殘余金屬薄膜，以得到具有非周期性錐形納米結構的基底的光學設備1。
[0100] 在本附圖描述中，形成非周期性納米結構的材料是單晶材料，然而，可以設想對于 沒有采用單晶特性的應用而言，諸如多晶基底或無定型基底的非單晶材料也可被使用。
[0101] 在具體實例中，在N-B摻雜的熒光6H-SiC上通過使用自組裝刻蝕掩膜形成非周期 性錐形減反射納米結構。
[0102] 另一個使用碳化硅基底的示例性樣品、以及中間薄膜納米島是由掃描電鏡SEM表 征。
[0103] 在圖lb和lc中，在SEM圖中可看到納米島4。已經(jīng)使用了不同的工藝參數(shù)，并且 可看到納米島4的密度、大小和分布與圖lb和lc不同。與較暗的基底2對比，納米島4被 視作亮斑。
[0104] 圖Id和le示出不同角度的同一樣品。在圖Id中，從側(cè)面示出非周期性納米結構 5,在圖le中，從傾斜角度示出非周期性納米結構5?？梢钥吹郊{米結構是錐形，圓錐頂部微 圓。還可以看到該結構的高度和寬度不同，以使兩個圓錐都不相同。圖If示意性地示出圖 Id中非周期性納米結構，其在基底2上具有圓錐5。
[0105] 非周期性或準周期性納米結構平均周期約為115?230nm，也就是連續(xù)錐形納米 結構之間的平均距離，并且結構高度是從400到850nm之間變化。
[0106] 可以設想雖然碳化硅和氮化鎵在本文中用于描述效果和設備，優(yōu)選為具有高耐化 學性的單晶材料（諸如藍寶石）的其它材料也可被使用。
[0107] 已經(jīng)表征了納米結構表面，并且圖2a和2b示出了使用液滴形狀分析儀（KRUSS DSA100S)的水接觸角測量。具有水滴6的無結構基底2在圖2a中示意性地示出，并在圖 2b中被示為DSA圖。在此情況下，基底是熒光碳化硅，并且可看出其是親水的且接觸角為 49°。在為熒光碳化硅基底2提供非周期性納米結構7后，在圖3a示意圖以及圖3b中的 DSA圖形式可看出表面變?yōu)槭杷缘那医佑|角為98 °。納米結構8在DSA圖中是不可見的。 能夠提供疏水性表面（尤其為低溫和/或潮濕環(huán)境所使用的LED應用）是一個優(yōu)點。
[0108] 圖4中示出納米結構表面的減反射特性，其中將無結構的碳化硅表面與納米結 構碳化硅表面比較。減反射特性可取決于結構高度，通常需要至少l〇〇nm高的結構以實 現(xiàn)相當良好的減反射性能，并且在當前情況下，非周期性納米結構的平均高度被控制為大 于400nm。這可在使用反應離子刻蝕（RIE)用于在碳化硅或氮化鎵基底中刻蝕納米結構時 得到。對于碳化硅而言，RIE條件可以是例如：加工壓力30mT，RF功率100W，氣體流量為 SF 624sccm，026sccm，加工時間 15 分鐘。
[0109]圖4中示出得到的表面反射率，其中通過使用校準測角儀系統(tǒng)（G0N360)，在覆蓋 整個可見光譜范圍（通常是390到750nm)的390-785nm波長范圍上以6°的接近法向入射 角測量反射率。反射光譜如圖4所示，無結構碳化硅基底（即無結構的SiC)具有反射率曲 線8(其示出大約20%的反射率），具有非周期性納米結構的基底（即ARS SiC)具有反射率 曲線9(其示出0. 1至百分之幾之間的反射率）。可看出在引入非周期性納米結構以后，平 均表面反射率從20. 5%顯著降低到1. 62% (降低了 11. 6倍）?？煽闯霭l(fā)光峰值（576nm) 處的反射率低于2%，且在405nm處得到最小值0. 05%。雖然反射率在更長的波長處開始 增加，但是整個測量光譜范圍內(nèi)的值均小于4%?？煽闯鲈诒砻嫔弦敕侵芷谛约{米結構以 后，熒光碳化硅表面從亮淡綠色（透明）變?yōu)榘的G色（黑色，透明）。
[0110] 特別對于非周期性納米結構表面在發(fā)光二極管產(chǎn)業(yè)中的使用而言，光致發(fā)光PL 是一個重要的因素。圖5示出使用與上述相同的測角儀系統(tǒng)執(zhí)行的角分辨光致（PL)測量， 并且來自二極管激光器的377nm激光束被用作激發(fā)光源?？蛇x擇從樣品后側(cè)激發(fā)它，并且 以10°的步長從0°到90°測量出射角分辨光致。圖5中示出在0°處測量的無結構和 ARS SiC的光致發(fā)光光譜。分別從兩個樣品的曲線10和11可以觀察到DAP寬帶發(fā)光的峰 值波長為576nm，半高全寬（FWHM)大約為llOnm。并且可看到在0°出射角處，非周期性納 米結構碳化硅發(fā)光增強了 55%，其至少表明可得到更高的光抽取效率。
[0111] 雖然納米級結構中的光透射不僅僅是由斯涅耳定律支配，圖6中的簡單示意圖證 明非周期性納米結構是如何改進光抽取效率的總體思路。對于無非周期性納米結構涂層的 基底2而言，具有比臨界角大的入射角的光無法離開基底，然而，當基底2具有非周期性納 米結構7時，具有比臨界角大的出射角的出射光會通過非周期性納米結構離開基底2,這導 致光抽取效率增強。
[0112] 在碳化硅基底頂部提供發(fā)光二極管的優(yōu)點在于可使用標準工藝使GaN發(fā)光二極 管可單片生長在碳化硅基底上。另一個優(yōu)點在于SiC表面很好地適用于惡劣環(huán)境。通過碳 化硅基底的非周期性納米結構表面出射生成的光能從實質(zhì)上增加二極管的抽取效率。
[0113] 在圖7中示出了無結構基底和非周期性納米結構表面的角分辨發(fā)射強度或空間 出射模式。在圖8中示出了當以不同出射角與無結構基底比較時，熒光碳化硅基底的發(fā)光 增強量，即具有非周期性納米結構的熒光碳化硅基底提供的增強量。可看到在增強量從0° 處的55%增加到90°處的186%，并且整個范圍內(nèi)的總發(fā)光增強量是66. 3%。
[0114] 在圖9中不出了碳化娃基底24上的發(fā)光_極管。碳化娃基底具有_晶體質(zhì)量，并 且可以是單晶碳化硅基底24。在碳化硅基底24的第一表面26上提供了非周期性納米結 構25。在碳化硅基底24的另一表面或第二表面上提供了緩沖層23,接下來提供n型摻雜 氮化鎵層22。在堆棧21中提供多個量子阱和相鄰的量子阱，提供p型摻雜氮化鎵層20,由 此在n型摻雜氮化鎵層22和p型摻雜氮化鎵層20之間提供多個量子阱。光通過第一表面 26從發(fā)光二極管出射，如圖中箭頭27所示。
[0115] 設想在底面上提供鏡子，用于反射通過的GaN層20的光。因此，可在GaN層20中 提供納米結構，作為SiC層24中納米結構的替換或附加。
[0116] 在圖10中示出了另一種發(fā)光二極管結構。碳化硅基底31是摻雜硼和氮化物的熒 光碳化硅結構。在基底31的第一表面30上提供了非周期性納米結構32。在基底31的另 一側(cè)提供了薄的A1N緩沖層34,在其頂部生長n型摻雜GaN層35。在GaN層35上提供GaN 和GalnN(未示出）交替層的多個量子阱，并且可在提供p型摻雜GaN層38以前生長另一 個AlGaN緩沖層37。包括層34至38的堆棧被稱為氮化物基近紫外堆棧（NUV堆棧），并且 可分別為n型摻雜GaN層35和p型摻雜GaN層38提供觸點39、40。觸點可以是例如金觸 點。
[0117] 在碳化硅基底的頂部提供GaN發(fā)光二極管的優(yōu)點在于可使用標準工藝使GaN發(fā)光 二極管單片生長在碳化硅基底上。通過碳化硅基底的非周期性納米結構表面出射生成的光 實質(zhì)上增加了二極管的抽取效率。
[0118] 應該提到的是，同樣可為折射GaN表面提供上述納米結構。
[0119] 在圖11中，提供了一種用于制備非周期性納米結構的工藝或方法?；?2是由諸 如碳化硅或氮化鎵的單晶材料制備，但也可以是具有高耐化學性的微晶材料。步驟（a)通 過例如電子束蒸發(fā)在基底42頂部沉積金屬薄膜41，諸如金薄膜。薄膜41的厚度可以是1 到50nm之間，諸如在3nm到20nm之間、5nm到10nm之間、7nm。薄膜可以是金薄膜，并且在 步驟（b)中，處理該薄膜以在基底42的表面上形成自組裝納米島43。在本實例中，在350°C 的N 2環(huán)境下使用快速熱工藝處理薄膜5分鐘。由此薄膜層變?yōu)榘肭蚧驁A頂狀的不連續(xù)自 組裝納米島?？赏ㄟ^調(diào)節(jié)退火條件以及薄膜41的層厚度控制納米島的大小和形狀。在步 驟（c)、（d)和（e)中，使用SF#P 0 24:1的混合施加反應離子刻蝕（RIE)44?？煽闯鎏蓟?基底42中的RIE刻蝕槽47,并且當納米島43被用作掩模時，納米島43被逐漸刻蝕，并且 納米島中至少一些會出現(xiàn)過刻蝕，以使工藝期間納米島中的至少一些被刻蝕掉。碳化硅基 底對SFjP 02氣體有耐化學性，薄膜納米島45的側(cè)向刻蝕基本不會出現(xiàn)，因此刻蝕是各向 異性的?？偪涛g時間可取決于薄膜41的厚度、圓錐結構所要到達的預定高度等，并且可以 是5到20分鐘之間，諸如15分鐘。在刻蝕以后，非周期性錐形納米結構形成在熒光SiC表 上。在步驟（f)中，通過使用KI :I2:H20-100g:25g:500ml的碘基溶液去除殘留的納米島，諸 如殘留的金納米島。其后，基底42的表面48具有單晶材料形成的納米結構46?？煽吹郊{ 米結構包括多個錐形結構49,其中圓錐非周期性地分布在表面上。
[0120] 此后，基底42具有在單晶材料上形成納米結構46的表面48?？梢钥闯?，上述納米 結構包含很多非周期性的錐體結構49。
[0121] 因此，納米島用于至少在一部分刻蝕期間掩模碳化硅基底。可以看出，在各向異性 刻蝕中使用納米島作為掩模，以第一刻蝕速率刻蝕碳化硅基底，同時以第二刻蝕速率刻蝕 納米島的至少一部分，第二刻蝕速率低于第一刻蝕速率。
[0122] 已經(jīng)在碳化硅晶片上沉積了金薄膜，該薄膜的厚度范圍是從3nm到21nm(見表1)。 該碳化硅晶片是雙側(cè)拋光的6H_SiC樣品，并且已經(jīng)通過使用電子束蒸發(fā)（Alcatel)沉積了 薄膜，沉積速率是1 A/S。使用熱退火處理樣品以形成薄膜材料的自組裝納米島。
[0123] 包括的第一退火工藝為在650°C下熱退火樣品3分鐘，對于金薄膜厚度為3nm至 llnm的樣品，該退火步驟足以形成自組裝納米島結構。對于金薄膜厚度為13至21nm的樣 品，需要第二種退火工藝，其在650°C下熱退火33分鐘，以形成金薄膜厚度為13到21nm的 金納米島。
[0124] 已經(jīng)通過SEM觀察到自組裝金納米島，并且已經(jīng)為具有不同金薄膜厚度的樣品執(zhí) 行了顆粒密度、顆粒區(qū)域覆蓋率、平均有效直徑、以及直徑擴展的計算，見表1。
[0125]

【權利要求】
1. 一種光學設備，其具有至少一個碳化硅或氮化鎵材料的表面，用于將光輻射從設備 內(nèi)部向周圍傳輸，所述至少一個表面具有碳化硅或氮化鎵材料形成的亞波長納米結構，所 述亞波長納米結構包括多個錐形結構，其特征在于，所述多個錐形結構具有隨機高度分布， 并且非周期性地分布在所述至少一個表面上，所述錐形結構中至少一部分的高度至少為 100納米。
2. 根據(jù)權利要求1所述的光學設備，其特征在于，所述至少一個碳化硅或氮化鎵材料 的表面是基底的至少一個表面、和/或碳化硅或氮化鎵材料中提供的光學設備的有源元件 的至少一個表面。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述的光學設備，其特征在于，所述光學設備包括至少部分由氮 化鎵材料組成的發(fā)光二極管結構，所述光學設備具有至少一個氮化鎵表面，所述發(fā)光二極 管結構用于通過所述至少一個氮化鎵表面出射光，其中所述氮化鎵表面中提供了亞波長納 米結構。
4. 根據(jù)權利要求1所述的光學設備，其特征在于，所述光學設備包括碳化硅基底或氮 化鎵基底，所述基底的第一表面中提供了亞波長納米結構，所述基底的第二表面（所述第 一表面的對面）中提供了發(fā)光二極管結構，所述發(fā)光二極管結構用于在具有中心波長的波 長范圍內(nèi)生成光，并且所述發(fā)光二極管結構用于通過所述基底的納米結構的第一表面出射 光。
5. 根據(jù)權利要求1至4中任意一項所述的光學設備，其特征在于，所述多個錐形結構的 高度在100納米與350納米之間隨機變化，從而使波長范圍內(nèi)，諸如450納米至800納米、 390納米至700納米的散射光能夠透射。
6. 根據(jù)前述權利要求中任意一項所述的光學設備，其特征在于，所述材料是單晶材料。
7. 根據(jù)前述權利要求中任意一項所述的光學設備，其特征在于，所述多個錐形結構中 每一個的基區(qū)寬度小于400納米。
8. 根據(jù)前述權利要求中任意一項所述的光學設備，其特征在于，所述發(fā)光二極管結構 還包括波長轉(zhuǎn)換器，所述波長轉(zhuǎn)換器具有至少一個碳化硅或氮化鎵的表面，所述至少一個 表面分別具有碳化硅或氮化鎵材料形成的亞波長納米結構。
9. 根據(jù)前述權利要求8所述的光學設備，其特征在于，所述波長轉(zhuǎn)換器包括熒光碳化 娃層。
10. 根據(jù)權利要求8至9所述的光學設備，其特征在于，所述發(fā)光二極管結構還包括用 于激發(fā)所述熒光碳化硅層的氮化物基近紫外堆棧。
11. 根據(jù)權利要求8至10中任意一項所述的光學設備，其特征在于，所述光學設備包括 單晶碳化硅基底，所述單晶碳化硅基底的第一表面中提供了亞波長納米結構，并且所述單 晶碳化硅基底的第二表面中提供了熒光碳化硅。
12. 根據(jù)權利要求10或11所述的光學設備，其特征在于所述氮化物基近紫外堆棧隨后 單片生長在所述熒光碳化硅上。
13. 根據(jù)前述權利要求中任意一項所述的光學設備，其特征在于，所述錐形結構的高寬 比是在3與15之間。
14. 根據(jù)前述權利要求中任意一項所述的光學設備，其特征在于，所述多個錐形結構的 所述高度分布被選擇用于具有中心波長的波長范圍內(nèi)的最佳性能，并且所述多個錐形結構 的高度在所述中心波長的1/3和所述中心波長的1/2之間隨機變化。
15. -種用于光學設備的碳化硅或氮化鎵基底，所述基底具有用于將光輻射從所述基 底內(nèi)部向周圍傳輸?shù)牡谝槐砻?，所述碳化硅基底?或所述氮化鎵基底的第一表面中提供 了亞波長納米結構，形成于所述基底的第一表面中的所述亞波長納米結構包括多個錐形結 構，其特征在于，所述多個錐形結構具有隨機高度分布，并且非周期性地分布在所述至少一 個表面上，所述錐形結構中至少一部分的高度至少為100納米。
16. -種在碳化硅基底或氮化鎵基底的表面中制造至少一種亞波長納米結構的方法， 用于在波長范圍內(nèi)將所述碳化硅基底或氮化鎵基底配置用于低反射率，所述波長范圍具有 中心波長，所述方法包括步驟： 提供碳化硅或氮化鎵基底； 在所述基底的至少一部分上提供薄膜材料； 處理所述薄膜材料，以形成所述薄膜材料的自組裝納米島，所述納米島用于在刻蝕的 至少一部分期間掩模所述基底的至少一部分； 在各向異性刻蝕中使用所述納米島作為掩模，以第一刻蝕速率刻蝕所述基底，同時以 第二刻蝕速率刻蝕所述納米島的至少一部分，所述第二刻蝕速率低于所述第一刻蝕速率； 從而形成亞波長納米結構，其包括多個錐形表面結構，所述錐形表面結構非周期性地 分布在所述基底的表面上，所述多個錐形結構具有隨機高度分布，并且所述錐形結構中至 少一部分的高度至少為100納米；以及 去除所述薄膜材料。
17. 根據(jù)權利要求16所述的方法，其特征在于，所述第一刻蝕速率與所述第二刻蝕速 率之間的比值大于1。
18. 根據(jù)權利要求16至17中任意一項所述的方法，其特征在于，所述自組裝納米島的 密度在1與2000顆粒/ y m2之間，諸如從100到200顆粒/ y m2,和/或其中所述顆粒覆蓋 范圍在20%與35%之間。
19. 根據(jù)權利要求16至17中任意一項所述的方法，其特征在于，所述碳化硅基底是單 晶碳化娃基底。
20. 根據(jù)權利要求16至19中任意一項所述的方法，其特征在于，所述處理所述薄膜以 形成自組裝納米島的步驟包括使用加熱反應、化學反應、光致反應或這些反應的任意組合， 用于產(chǎn)生掩模材料的聚集、成核或分解。
21. 根據(jù)權利要求16至20中任意一項所述的方法，其特征在于，所述薄膜材料是包括 銀、金、鉬、錯或鈕的材料。
22. 根據(jù)權利要求16至21中任意一項所述的方法，其特征在于，所述自組裝納米島的 平均顆粒大小為10納米至380納米，和/或所述自組裝納米島的平均間隔在10納米至380 納米之間。
23. -種制造發(fā)光二極管的方法，所述方法包括： 提供單晶碳化硅基底、單晶熒光碳化硅基底、或單晶氮化鎵基底； 在單晶基底的第一表面中提供根據(jù)權利要求16至22中任意一項所述亞波長納米結 構，所述亞波長納米結構包括多個錐形碳化硅/熒光碳化硅/氮化鎵結構；以及 在所述基底的第二表面上單片生長氮化物基發(fā)光二極管，其至少包括N型摻雜氮化鎵 層和P型摻雜氮化鎵層。
24. 根據(jù)權利要求23所述的方法，所述方法包括： 提供單晶碳化娃基底； 在所述基底的第二表面單片生長熒光碳化硅層； 所述熒光碳化硅層包括氮和硼共摻雜的熒光碳化硅層、以及氮和鋁共摻雜的熒光碳化 娃層； 在所述熒光碳化硅層上部單片生長氮化物基近紫外發(fā)光二極管，其至少包括N型摻雜 氮化鎵層和P型摻雜氮化鎵層；以及 在所述單晶碳化硅基底的第一表面中、或所述P型摻雜氮化鎵層中提供根據(jù)權利要求 16至22中任意一項所述的非周期性亞波長納米結構，所述錐形結構的具有隨機高度分布， 并且非周期性地分布在所述至少一個表面上。
25. -種增加晶片表面至少一部分的透射率的方法，所述方法包括在碳化硅或氮化鎵 基底的表面中制造亞波長納米結構，用于在波長范圍中將所述基底配置用于增加透射率， 所述波長范圍具有中心波長，所述方法包括步驟： 提供碳化硅或氮化鎵晶片； 在所述基底的至少一部分上提供薄膜材料； 處理所述薄膜，以形成所述薄膜材料的自組裝納米島，所述納米島用于在刻蝕期間掩 模所述基底的至少一部分； 在基本各向異性刻蝕中使用所述納米島作為掩模，以第一刻蝕速率刻蝕所述基底，同 時以第二刻蝕速率刻蝕所述納米島的至少一部分，所述第二刻蝕速率低于所述第一刻蝕速 率； 從而形成亞波長納米結構，其包括多個錐形表面結構，所述錐形表面結構非周期性地 分布在所述基底的表面上，所述多個錐形結構具有隨機高度分布，并且非周期性地分布在 所述至少一個表面上，所述錐形結構中至少一部分的高度至少為100納米，用于使增加的 散射光的透射率用于分布在晶片上的多個光學設備；以及 去除所述薄膜材料。
26. -種根據(jù)權利要求25所述的方法，其特征在于，在整個晶片的表面中提供亞波長 納米結構。
【文檔編號】G02B1/118GK104487873SQ201380033611
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2013年5月15日 優(yōu)先權日:2012年5月15日
【發(fā)明者】歐海燕 申請人:歐海燕