一種提高led光提取效率的激光深層結(jié)構(gòu)及其加工方法
【專利摘要】一種提高LED光提取效率的激光深層結(jié)構(gòu)，其自上而下依次包括：一SiO2層，一p-GaN層，一MQW層，一n-GaN層，一藍寶石基底。其中，SiO2/p-GaN層和n-GaN/藍寶石層表面設(shè)有經(jīng)過圖形制備的圖形結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的一種提高LED光提取效率的激光深層結(jié)構(gòu)，其通過在LED的正面和背面分別或同時進行圖形化處理，并且采用脈沖激光，能有效的減少甚至是消除全發(fā)射，從而使LED的光提取效率提高。
【專利說明】一種提高LED光提取效率的激光深層結(jié)構(gòu)及其加工方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及LED結(jié)構(gòu)及其制備【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種可提高LED光提取效率的激光深層結(jié)構(gòu)及其加工方法。

【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)光二極管(LED)由于發(fā)光效率高、壽命長，且光強容易調(diào)節(jié)，因此被認(rèn)為是一種非常有吸引力的光源。LED已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于交通信號燈、顯示屏背景照明、電視機背景照明、汽車前燈/尾燈以及傳統(tǒng)照明，值得指出的是，與白熾燈相比能夠節(jié)約40 %能量。
[0003]如圖1所示，典型的表面發(fā)光二極管LED有幾個微米厚度的高折射率GaN(?2.4)，在表面上具有多量子阱結(jié)構(gòu)(MQWs)。傳統(tǒng)的無圖案的表面發(fā)光二極管，大多數(shù)從多量子阱發(fā)出的光將會被限制甚至困在高折射率的GaN板中，這主要是因為在不同類型的界面存在全反射現(xiàn)象，如GaN/空氣，或者GaN/Si02鈍化層/空氣。LED有源層產(chǎn)生的光，只有一小部分(大約4.5%)可以發(fā)射到自由空間，而約95%的部分被LED結(jié)構(gòu)所吸收產(chǎn)生了熱量。在過去的30年的LED產(chǎn)業(yè)中，人們一直努力減少甚至消除全反射(TIR)的限制。一方面受限與LED的結(jié)構(gòu)，與此同時傳統(tǒng)的這種制備方法常采用光刻，這種方式成本高，且不適合大面積加工。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種提高LED光提取效率的激光深層結(jié)構(gòu)及其加工方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中LED光提取效率低的問題。
[0005]為達到上述目的，本發(fā)明所提出的技術(shù)方案為:
[0006]本發(fā)明的一種提高LED光提取效率的激光深層結(jié)構(gòu)，其自上而下依次包括:一S12層，一 P-GaN層，一 MQW層，一 η-GaN層，一藍寶石基底。
[0007]其中，Si02/p-GaN層和n_GaN/藍寶石層表面設(shè)有經(jīng)過圖形制備的圖形結(jié)構(gòu)。
[0008]一種提高LED光提取效率的激光深層結(jié)構(gòu)的加工方法，在LED正面和背面制備圖形結(jié)構(gòu)，包括以下步驟:
[0009]第一步，在LED正面和背面采用旋涂或噴涂的方法沉淀一層保護涂層；
[0010]第二步，進行激光參數(shù)選擇，采用脈沖激光對LED的正面和背面進行圖形制備；
[0011]第三步，去除涂層；
[0012]其中所述的LED正面為Si02/p-GaN層，所述的LED背面為n_GaN/藍寶石層。
[0013]其中，在對LED正面進行圖形制備時，所述的第二步是通過選擇合適的激光參數(shù)及加工參數(shù)對S12A1-GaN進行材料去除以制備所需要的圖形化結(jié)構(gòu)；在對LED背面進行圖形制備時，第二步是通過選擇合適的激光參數(shù)及加工參數(shù)對藍寶石/n-GaN進行材料去除以制備所需要的圖形化結(jié)構(gòu)，或者是對藍寶石A1-GaN進行激光損傷或改性處理之后對其進行選擇性化學(xué)腐蝕處理以得到所需的圖形化結(jié)構(gòu)，其中所述的在正面和背面制備圖形化結(jié)構(gòu)時，涂層涂覆為圖形化結(jié)構(gòu)制備面。
[0014]其中，所述的激光為單光束激光或多光束激光。
[0015]其中，所述的第二步的激光參數(shù)包括:激光波長，脈沖寬度，激光功率，重復(fù)頻率，聚焦光斑大小以及掃描速度。
[0016]其中，所述的LED正面和背面圖形化制備采用脈沖激光去除或非去除的方法構(gòu)建。
[0017]其中，所述的圖形制備的圖形包括:溝槽形，斜頂形，或孔洞形。
[0018]其中，所述的圖形制備的深度小于LED正面P-GaN層的厚度。所述的LED正面圖形制備的深度小于LED正面P-GaN/Si02層的厚度，所述的LED背面圖形制備的深度小于背面n-GaN/藍寶石層的厚度。
[0019]其中，所述的激光是紫外激光或超快激光。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的一種提高LED光提取效率的激光深層結(jié)構(gòu)，其通過在LED的正面和背面同時進行圖形化處理，并且采用脈沖激光，能有效的減少甚至是消除全發(fā)射，從而使LED的光提取效率提高。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為現(xiàn)有的一種表面無圖形化的LED結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2為本發(fā)明的提高LED光提取效率的激光深層結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖3為本發(fā)明的提高LED光提取效率的激光深層結(jié)構(gòu)的加工方法的LED正面圖形化過程示意圖；
[0024]圖4為本發(fā)明的提高LED光提取效率的激光深層結(jié)構(gòu)的加工方法的LED背面圖形化過程示意圖；
[0025]圖5為本發(fā)明的提高LED光提取效率的激光深層結(jié)構(gòu)的第一種圖形結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖6為本發(fā)明的提高LED光提取效率的激光深層結(jié)構(gòu)的第二種圖形結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖7為本發(fā)明的提高LED光提取效率的激光深層結(jié)構(gòu)的第三種圖形結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0028]以下參考附圖，對本發(fā)明予以進一步地詳盡闡述。
[0029]請參閱圖2，本發(fā)明的一種提高LED光提取效率的激光深層結(jié)構(gòu)，其自上而下依次包括:一 S12層11，一 P-GaN層12, — MQff層13, — n-GaN層14, 一藍寶石基底15。并且，Si02/p-GaN層和n-GaN/藍寶石層表面分別或共同設(shè)有經(jīng)過圖形制備的圖形結(jié)構(gòu)。在所述的提高光提取效率的激光深層結(jié)構(gòu)的表層進行圖形制備時，所述的S12層11和藍寶石層15表面還設(shè)有一涂層10，其為對激光有很強吸收的材料，該涂層10采用旋涂或噴涂的方式在其表面沉淀的層容易去除的涂層，根據(jù)所選用參數(shù)的激光的波長，該涂層10可用于光吸收層以減少熱效應(yīng)。參閱附圖5，附圖6，或附圖7，該種提高LED光提取效率的激光深層結(jié)構(gòu)，在LED的正面和背面分別進行脈沖激光圖形制備時，可制備的圖形是圖形化或任意的，在本實施例中，該圖形包括如附圖5所示的溝槽形，如附圖6所述的斜頂形，以及附圖7所述的孔洞形。所述的圖形制備是為了消除或減少全反射，以增加光的提取效率。
[0030]參閱附圖3和附圖4 (增加:增加的附圖)，本發(fā)明還提出了一種用于提高LED光提取效率的激光深層結(jié)構(gòu)的加工方法，其采用在LED正面和背面制備圖形結(jié)構(gòu)，包括以下步驟:
[0031]第一步，在LED正面和背面采用旋涂或噴涂的方法沉淀一層保護涂層；
[0032]第二步，進行激光參數(shù)選擇，采用脈沖激光對LED的正面和背面進行圖形制備；
[0033]第三部，去除涂層；
[0034]并且，所述的LED正面為Si02/p-GaN層，所述的LED背面為n_GaN/藍寶石層。
[0035]以下將詳細(xì)介紹對LED正面(Si02/p-GaN層)和對LED背面(n_GaN/藍寶石層)分別圖形化制備的過程及方法:
[0036](I)在LED正面(Si02/p-GaN)制備圖形結(jié)構(gòu)的具體操作步驟:
[0037]a)在Si02/p-GaN表面采用旋涂或噴涂的方法在其表面沉積一層容易去除的涂層；
[0038]b)選擇合適的激光參數(shù)對其進行圖形化制備；
[0039]c)去除涂層；
[0040]獲得圖形化，其中，圖形可以為溝槽形，斜頂形，或孔洞形。其中，激光參數(shù)選擇是需要注意是:首先，圖形深度應(yīng)該小于Si02/p-GaN層的厚度，以避免或減少對多量子阱層的影響。任何對多量子阱層的影響都將會引起LED性能的災(zāi)難性的破壞。其次，需要選擇合適的激光參數(shù)(激光波長、脈沖寬度、激光功率、重復(fù)頻率、聚焦光斑大小、掃描速度)，在保證所需效率和器件壽命的同時，將對多量子阱層的影響降到最小。對于Si02/GaN圖形化，紫外激光或者超快激光可以有效地減少熱效應(yīng)，這主要是因為Si02和GaN都具有高帶隙和結(jié)合強度。
[0041](2)在LED背面(n-GaN/藍寶石)制備圖形結(jié)構(gòu)的具體操作步驟:
[0042]方法1:采用脈沖激光對LED背面進行改性處理，然后對其進行選擇性化學(xué)腐蝕；所述的選擇性化學(xué)腐蝕是通過一種化學(xué)材料對改性處理后的LED背面進行腐蝕處理，以腐蝕掉改性后的材料部分，得到所需的圖形化結(jié)構(gòu)。
[0043]a)在Si02/p-GaN表面采用旋涂或噴涂的方法在其表面沉積一層容易去除的涂層；
[0044]b)選擇合適的激光參數(shù)對LED背面進行激光改性處理；
[0045]c)對LED背面進行選擇性化學(xué)腐蝕。
[0046]d)去除涂層。
[0047]獲得在LED背面(n-GaN/藍寶石)的圖形化
[0048]其中，表面涂層的目的是為了避免Si02/p_GaN層受到污染或損壞，并且激光參數(shù)的選擇要注意避免材料發(fā)生消融或者燒蝕(此處可補充具體的參數(shù)選擇舉例)其中圖形化的圖形與所述的LED正面圖形制備相同。
[0049]方法2:采用脈沖激光直接在n-GaN/藍寶石層上鉆孔
[0050]a)在n-GaN/藍寶石采用旋涂或噴涂的方法在其表面沉積一層容易去除的涂層；
[0051]b)選擇合適的激光參數(shù)對LED背面進行加工；
[0052]c)在LED背面n-GaN/藍寶石獲得圖形化。
[0053]d)去除涂層。
[0054]其中，所述的激光為單光束激光或多光束激光。
[0055]其中，所述的第二步的激光參數(shù)包括:激光波長，脈沖寬度，激光功率，重復(fù)頻率，聚焦光斑大小以及掃描速度。其中，所述的LED正面和背面的圖形化制備采用脈沖激光去除或非去除的方法構(gòu)建。所述的去除和非去除就是上述所有方法的總結(jié)，如采用化學(xué)腐蝕就是非去除法，其余都是除法
[0056]其中，所述的圖形制備的圖形包括:溝槽形，斜頂形，或孔洞形。
[0057]其中，所述的圖形制備的深度小于背面n-GaN層的厚度其中，所述的激光是紫外激光或超快激光。
[0058]上述內(nèi)容，僅為本發(fā)明的較佳實施例，并非用于限制本發(fā)明的實施方案，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的主要構(gòu)思和精神，可以十分方便地進行相應(yīng)的變通或修改，故本發(fā)明的保護范圍應(yīng)以權(quán)利要求書所要求的保護范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種提高LED光提取效率的激光深層結(jié)構(gòu)，其特征在于，自上而下依次包括:一 S12層，一 P-GaN層，一 MQff層，一 n-GaN層，一藍寶石層的基底。
2.如權(quán)利要求1所述的提高LED光提取效率的激光深層結(jié)構(gòu)，其特征在于，Si02/p-GaN層和n-GaN/藍寶石層表面設(shè)有經(jīng)過圖形制備的圖形結(jié)構(gòu)。
3.一種提高LED光提取效率的激光深層結(jié)構(gòu)的加工方法，其特征在于，在LED正面和背面制備圖形結(jié)構(gòu)，包括以下步驟: 第一步，在LED正面和背面采用旋涂或噴涂的方法沉淀一層保護涂層； 第二步，進行激光參數(shù)選擇，采用脈沖激光對LED的正面和背面進行圖形制備； 第二步，去除涂層； 其中所述的LED正面為Si02/p-GaN層，所述的LED背面為n_GaN/藍寶石層。
4.如權(quán)利要求3所述的提高LED光提取效率的激光深層結(jié)構(gòu)的加工方法，其特征在于，在對LED正面進行圖形制備時，所述的第二步是通過選擇合適的激光參數(shù)及加工參數(shù)對S12A1-GaN進行材料去除以制備所需要的圖形化結(jié)構(gòu)；在對LED背面進行圖形制備時，對藍寶石/n-GaN進行激光損傷或改性處理之后對其進行選擇性化學(xué)腐蝕處理以得到所需的圖形化結(jié)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求3所述的提高LED光提取效率的激光深層結(jié)構(gòu)的加工方法，其特征在于，所述的激光為單光束激光或多光束激光。
6.如權(quán)利要求3所述的提高LED光提取效率的激光深層結(jié)構(gòu)的加工方法，其特征在于，所述的第二步的激光參數(shù)包括:激光波長，脈沖寬度，激光功率，重復(fù)頻率，聚焦光斑大小以及掃描速度。
7.如權(quán)利要求3所述的提高LED光提取效率的激光深層結(jié)構(gòu)的加工方法，其特征在于，所述的LED正面和背面的圖形制備采用脈沖激光去除或非去除的方法構(gòu)建。
8.如權(quán)利要求3所述的提高LED光提取效率的激光深層結(jié)構(gòu)的加工方法，其特征在于，所述的圖形制備的圖形包括:溝槽形，斜頂形，或孔洞形。
9.如權(quán)利要求7所述的提高LED光提取效率的激光深層結(jié)構(gòu)的加工方法，其特征在于，所述的LED正面圖形制備的深度小于LED正面P-GaN/Si02層的厚度，所述的LED背面圖形制備的深度小于背面n-GaN/藍寶石層的厚度。
10.如權(quán)利要求3所述的提高LED光提取效率的激光深層結(jié)構(gòu)的加工方法，其特征在于，所述的激光是紫外激光或超快激光。
【文檔編號】H01L33/00GK104319327SQ201410579905
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年10月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月24日
【發(fā)明者】趙曉杰, 張 杰, 何淳, 陸文革 申請人:深圳英諾激光科技有限公司