專利名稱：納米圖形化襯底及其制備方法和發(fā)光二極管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)光二極管領(lǐng)域，特別是指一種納米圖形化襯底及其制備方法和發(fā)光
二極管。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中，發(fā)光二極管(LED，light emitting diode)已經(jīng)在照明系統(tǒng)中得到應(yīng)用。但由于其低IQE(internal quantum efficiency，內(nèi)量子效率)和高成本/低流明的問題，發(fā)光二極管目前還無法得到廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)有技術(shù)采用很多辦法試圖改善發(fā)光二極管的IQE和減少發(fā)光二極管的成本/提高發(fā)光二極管的流明，比如增加發(fā)光二極管的EQE(external quantum efficiency，外量子效率)，具體的實(shí)現(xiàn)方法包括PSS (patterned sapphire substrate，圖形化藍(lán)寶石襯底)技術(shù)。圖形化藍(lán)寶石襯底是以蝕刻的方式，在藍(lán)寶石襯底上設(shè)計(jì)制作出微米級或納米級具有微結(jié)構(gòu)特定規(guī)則的圖形，藉以控制LED的輸出光形式(藍(lán)寶石襯底上的凹凸圖形會(huì)產(chǎn)生光散射或折射的效果增加光的取出率)，同時(shí)GaN薄膜生長于圖形化藍(lán)寶石襯底上會(huì)產(chǎn)生橫向磊晶的效果，減少生長在藍(lán)寶石襯底上GaN之間的差排缺陷，改善磊晶質(zhì)量，提升 LED的IQE。其中，納米圖形化藍(lán)寶石襯底要優(yōu)于微米圖形化藍(lán)寶石襯底。如圖1所示為傳統(tǒng)LED的一種PSS結(jié)構(gòu)，其中11為ρ型氮化鎵，12為多量子阱，13 為η型氮化鎵，14為圖形化藍(lán)寶石襯底，15為藍(lán)寶石襯底。現(xiàn)有技術(shù)中的納米結(jié)構(gòu)一般是在藍(lán)寶石襯底上制備得到，制造工藝比較復(fù)雜，而且需要批量昂貴的藍(lán)寶石襯底，生產(chǎn)成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種納米圖形化襯底及其制備方法和發(fā)光二極管，制造工藝簡單并且能夠降低發(fā)光二極管的生產(chǎn)成本。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的實(shí)施例提供技術(shù)方案如下一方面，提供一種納米圖形化襯底的制備方法，包括提供一第一藍(lán)寶石襯底；在所述第一藍(lán)寶石襯底上制備一金屬鋁薄層；將所述金屬鋁薄層陽極氧化成具有均勻多孔結(jié)構(gòu)的氧化鋁；將所述氧化鋁轉(zhuǎn)化成具有均勻多孔結(jié)構(gòu)的第二藍(lán)寶石襯底。進(jìn)一步地，所述將所述氧化鋁轉(zhuǎn)化成具有均勻多孔結(jié)構(gòu)的第二藍(lán)寶石襯底之后還包括在所述第二藍(lán)寶石襯底上沉積η型氮化鎵層。進(jìn)一步地，所述在所述第一藍(lán)寶石襯底上制備一金屬鋁薄層包括通過濺射的方法在所述第一藍(lán)寶石襯底上沉積一金屬鋁薄層。
進(jìn)一步地，所述將所述金屬鋁薄層陽極氧化成具有均勻多孔結(jié)構(gòu)的氧化鋁包括將所述金屬鋁薄層在酸性電解液中進(jìn)行陽極氧化，形成具有均勻多孔結(jié)構(gòu)的氧化鋁，所述酸性電解液包括硫酸、草酸和磷酸。進(jìn)一步地，所述將所述氧化鋁轉(zhuǎn)化成具有均勻多孔結(jié)構(gòu)的第二藍(lán)寶石襯底包括將所述氧化鋁經(jīng)1150°C燒結(jié)轉(zhuǎn)化成具有均勻多孔結(jié)構(gòu)的第二藍(lán)寶石襯底。進(jìn)一步地，所述均勻多孔結(jié)構(gòu)中，相鄰孔之間的間距為20nm-300nm。進(jìn)一步地，所述均勻多孔結(jié)構(gòu)中，孔的深度為20nm-1000nm。進(jìn)一步地，所述均勻多孔結(jié)構(gòu)中，孔的最大寬度為20nm-500nm。本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種以上述方法制備的納米圖形化襯底，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種發(fā)光二極管，包括上述的納米圖形化襯底，還包括位于所述圖形化襯底上的η型氮化鎵層；位于所述η型氮化鎵層上的多量子阱；位于所述多量子阱上的ρ型氮化鎵層。本發(fā)明的實(shí)施例具有以下有益效果上述方案中，首先在提供的第一藍(lán)寶石襯底上沉積一金屬鋁薄層，將金屬鋁薄層陽極氧化成具有均勻多孔結(jié)構(gòu)的氧化鋁，之后直接將氧化鋁轉(zhuǎn)化成具有均勻多孔結(jié)構(gòu)的第二藍(lán)寶石襯底，以此獲得納米圖形化襯底。本發(fā)明實(shí)施例在納米圖形化襯底的制備過程中， 不需要直接對藍(lán)寶石襯底進(jìn)行納米圖形化，制造工藝簡單，有助于降低發(fā)光二極管的生產(chǎn)成本。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中發(fā)光二極管的一種圖形化襯底的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例的納米圖形化襯底的制備方法的流程示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例的納米圖形化襯底的制備方法中，步驟A之后形成的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例的納米圖形化襯底的制備方法中，步驟B之后形成的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例的納米圖形化襯底的制備方法中，步驟C之后形成的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本發(fā)明實(shí)施例的納米圖形化襯底的制備方法中，步驟D之后形成的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為本發(fā)明實(shí)施例在納米圖形化襯底上沉積η型氮化鎵之后形成的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為本發(fā)明實(shí)施例的發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的實(shí)施例要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。本發(fā)明的實(shí)施例針對現(xiàn)有技術(shù)中圖形化襯底的制備工藝比較復(fù)雜，生產(chǎn)成本較高的問題，提供一種納米圖形化襯底及其制備方法和發(fā)光二極管，制造工藝簡單并且能夠降低發(fā)光二極管的生產(chǎn)成本。圖2為本發(fā)明實(shí)施例的納米圖形化襯底的制備方法的流程示意圖，如圖2所示，本實(shí)施例包括步驟201 提供一第一藍(lán)寶石襯底；步驟202 在第一藍(lán)寶石襯底上制備一金屬鋁薄層；步驟203 將金屬鋁薄層陽極氧化成具有均勻多孔結(jié)構(gòu)的氧化鋁；步驟204 將氧化鋁轉(zhuǎn)化成具有均勻多孔結(jié)構(gòu)的第二藍(lán)寶石襯底。本發(fā)明實(shí)施例的納米圖形化襯底的制備方法，首先在提供的第一藍(lán)寶石襯底上制備一金屬鋁薄層，將金屬鋁薄層陽極氧化成具有均勻多孔結(jié)構(gòu)的氧化鋁，之后直接將氧化鋁轉(zhuǎn)化成具有均勻多孔結(jié)構(gòu)的第二藍(lán)寶石襯底，以此獲得納米圖形化襯底。本發(fā)明實(shí)施例在納米圖形化襯底的制備過程中，不需要直接對藍(lán)寶石襯底進(jìn)行納米圖形化，制造工藝簡單，有助于降低發(fā)光二極管的生產(chǎn)成本。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的圖形化襯底的制備方法進(jìn)行進(jìn)一步說明，本實(shí)施例包括以下步驟步驟A 提供一藍(lán)寶石襯底1 ；如圖3所示為藍(lán)寶石襯底1的結(jié)構(gòu)示意圖；步驟B 在藍(lán)寶石襯底1上制備一金屬鋁薄層2 ；具體地，可以采用濺射的方法在藍(lán)寶石襯底1上沉積金屬鋁薄層2，形成如圖4所示的結(jié)構(gòu)，采用濺射方法進(jìn)行沉積可以更好地控制金屬鋁薄層的厚度和均勻性；步驟C 將金屬鋁薄層2陽極氧化成具有均勻多孔結(jié)構(gòu)的氧化鋁3 ；具體地，可以將金屬鋁薄層2在酸性電解液中進(jìn)行陽極氧化，形成如圖5所示的具有均勻多孔結(jié)構(gòu)的氧化鋁(AA0)3，酸性電解液可以包括硫酸、草酸和磷酸，本實(shí)施例中，由于金屬鋁薄層的厚度比較小，因此在進(jìn)行陽極氧化后，可以完全轉(zhuǎn)化為氧化鋁；步驟D 將氧化鋁3轉(zhuǎn)化成具有均勻多孔結(jié)構(gòu)的藍(lán)寶石襯底4。具體地，可以將氧化鋁3經(jīng)1150°C燒結(jié)轉(zhuǎn)化成具有均勻多孔結(jié)構(gòu)的藍(lán)寶石襯底 (α-Al203) 4，形成如圖6所示的本發(fā)明實(shí)施例的納米圖形化襯底，該納米圖形化襯底包括藍(lán)寶石襯底1和圖形化襯底部分4。圖8所示為本發(fā)明實(shí)施例的發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖8所示，本實(shí)施例包括納米圖形化襯底；位于納米圖形化襯底之上的η型氮化鎵層5 ；位于η型氮化鎵層5之上的多量子阱6和ρ型氮化鎵層7。其中，該納米圖形化襯底包括藍(lán)寶石襯底1和圖形化襯底部分4。在以步驟A D所述方法制備納米圖形化襯底之后，再在納米圖形化襯底上沉積η 型氮化鎵層5。具體地，可以采用MOCVD (金屬有機(jī)氣相沉積)技術(shù)在納米圖形化襯底上沉積η型氮化鎵層5，形成如圖7所示的結(jié)構(gòu)。之后在η型氮化鎵層5上依次沉積多量子阱6 和P型氮化鎵層7，即可得到如圖8所示的本發(fā)明實(shí)施例發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明實(shí)施例的發(fā)光二極管中，如圖8所示，均勻多孔結(jié)構(gòu)中相鄰孔之間的間距為s，孔的深度為h，孔的最大寬度為d，實(shí)際生產(chǎn)過程中，可以對參數(shù)s、d和h進(jìn)行優(yōu)化， 以得到更高的EQE。具體地，s可以為20nm-300nm，h為20nm-1000nm，d為20nm_500nm，這
5種結(jié)構(gòu)可以形成光子晶體，有利于增加發(fā)光二極管的亮度。本發(fā)明的發(fā)光二極管，與成長于一般藍(lán)寶石襯底的發(fā)光二極管相比，亮度增加了 70%以上。本發(fā)明實(shí)施例中，首先在提供的第一藍(lán)寶石襯底上沉積一金屬鋁薄層，將金屬鋁薄層陽極氧化成具有均勻多孔結(jié)構(gòu)的氧化鋁，之后直接將氧化鋁轉(zhuǎn)化成具有均勻多孔結(jié)構(gòu)的第二藍(lán)寶石襯底，以此獲得納米圖形化襯底。本發(fā)明實(shí)施例在納米圖形化襯底的制備過程中，不需要對藍(lán)寶石襯底進(jìn)行納米圖形化，制造工藝簡單，有助于降低發(fā)光二極管的生產(chǎn)成本。以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明所述原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種納米圖形化襯底的制備方法，其特征在于，包括提供一第一藍(lán)寶石襯底；在所述第一藍(lán)寶石襯底上制備一金屬鋁薄層；將所述金屬鋁薄層陽極氧化成具有均勻多孔結(jié)構(gòu)的氧化鋁；將所述氧化鋁轉(zhuǎn)化成具有均勻多孔結(jié)構(gòu)的第二藍(lán)寶石襯底。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米圖形化襯底的制備方法，其特征在于，所述將所述氧化鋁轉(zhuǎn)化成具有均勻多孔結(jié)構(gòu)的第二藍(lán)寶石襯底之后還包括在所述第二藍(lán)寶石襯底上沉積η型氮化鎵層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米圖形化襯底的制備方法，其特征在于，所述在所述第一藍(lán)寶石襯底上制備一金屬鋁薄層包括通過濺射的方法在所述第一藍(lán)寶石襯底上沉積一金屬鋁薄層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米圖形化襯底的制備方法，其特征在于，所述將所述金屬鋁薄層陽極氧化成具有均勻多孔結(jié)構(gòu)的氧化鋁包括將所述金屬鋁薄層在酸性電解液中進(jìn)行陽極氧化，形成具有均勻多孔結(jié)構(gòu)的氧化鋁， 所述酸性電解液包括硫酸、草酸和磷酸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米圖形化襯底的制備方法，其特征在于，所述將所述氧化鋁轉(zhuǎn)化成具有均勻多孔結(jié)構(gòu)的第二藍(lán)寶石襯底包括將所述氧化鋁經(jīng)1150°C燒結(jié)轉(zhuǎn)化成具有均勻多孔結(jié)構(gòu)的第二藍(lán)寶石襯底。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米圖形化襯底的制備方法，其特征在于，所述均勻多孔結(jié)構(gòu)中，相鄰孔之間的間距為20nm-300nm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米圖形化襯底的制備方法，其特征在于，所述均勻多孔結(jié)構(gòu)中，孔的深度為20nm-1000nm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米圖形化襯底的制備方法，其特征在于，進(jìn)一步地，所述均勻多孔結(jié)構(gòu)中，孔的最大寬度為20nm-500nm。
9.一種納米圖形化襯底，其特征在于，所述納米圖形化襯底為以權(quán)利要求1-8所述的方法制備。
10.一種發(fā)光二極管，其特征在于，包括如權(quán)利要求9所述的納米圖形化襯底，還包括位于所述納米圖形化襯底上的η型氮化鎵層；位于所述η型氮化鎵層上的多量子阱；位于所述多量子阱上的P型氮化鎵層。
全文摘要
本發(fā)明提供一種納米圖形化襯底及其制備方法和發(fā)光二極管，屬于發(fā)光二極管領(lǐng)域。其中，該納米圖形化襯底的制備方法，包括提供一第一藍(lán)寶石襯底；在所述第一藍(lán)寶石襯底上沉積一金屬鋁薄層；將所述金屬鋁薄層陽極氧化成具有均勻多孔結(jié)構(gòu)的氧化鋁；將所述氧化鋁轉(zhuǎn)化成具有均勻多孔結(jié)構(gòu)的第二藍(lán)寶石襯底。本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案制造工藝簡單并且能夠降低發(fā)光二極管的生產(chǎn)成本。
文檔編號H01L33/20GK102299219SQ201110250560
公開日2011年12月28日 申請日期2011年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月29日
發(fā)明者高成 申請人:協(xié)鑫光電科技(張家港)有限公司