用微结构压印提高GaN基发光二极管的输出光强.pdfVIP

半导体学报 V01．28 第28卷增刊 Supplement 2007年9月 CHINESEJOURNALOFSEMICONDUCTORS Sep．，2007 用微结构压印提高GaN基发光二极管 的输出光强* 包 魁1 章 蓓1’’ 代 涛1 康香宁1 陈志忠1 王志敏1 陈 勇1’2 (1北京大学物理学院和宽禁带半导体研究中心，微流与纳米技术研究中心，人工微结构和介观物理 国家重点实验室，北京100871) (2Laboratoiredc etNanostructures，Routede Marcoussis，France) Photonique Nozay，91460 摘要：为了进一步提高GaN基发光二极管(LED)的出光效率，针对倒装焊GaN基发光二极管提出了一个在蓝宝 石衬底出光面上引入二维微纳米阵列结构的新构想．根据这一构想，将微结构图形化压印和发光器件的封装有机 地结合起来，利用一种简易可行的纳米压印一热硬化性聚合物压印技术，成功地制备出了带有微米级阵列超薄封装 结构的LED．结果表明，这种带有微结构阵列LED的输出光强得到了明显增强，1ram×lmm大管芯GaNLED在 350mA的直流电注入下的光功率比无微结构的LED提高了60％．这一成功为提高发光二极管的出光强度提供了 一个有效的新途径． 关键词：GaN基发光二极管；出光效率；纳米压印技术；微结构 EEACC：2520；2550；4260D 中图分类号：TN203 文献标识码：A 文章编号：0253-4177(2007)S0·0464·03 1 引言 2 实验 如何提高GaN基发光二极管(LED)的出光效实验所用的LED是在蓝宝石衬底上用有机金 率是发展半导体照明的一个重要关键．采用倒装结 属化学气相沉积技术生长的外延片制备而成的 构等技术方案已经突现优势[1]．但是，出光效率仍然 lmm×1mm 受到由于蓝宝石衬底和空气折射率之差引起的内部 LED管芯通过倒装焊技术键合在硅基片上． 全反射的限制．已有研究小组报道了在倒装型LED 我们通过在LED蓝宝石顶部出光面形成微结 衬底上刻蚀微米级透镜结构来进一步提高光出射几 构阵列来进一步提高出光效率．实验中微结构阵列 率的技术[23，但都离不开干法刻蚀等复杂的工艺．纳 是利用纳米热压印技术来实现的，即利用一种热硬 米压印工艺是一种高效的非光刻微加工方法[3]，即 化性的聚合物胶经过高温固化的方法达到图形转移 利用具有微纳结构的刚性模板在聚合物上加压，并 的目的．热压印过程包括模板制作和图形转印．本实 结合紫外光照或热处理的方法使聚合物固化成型， 验中周期为3～20“m二维阵列的模板是用硅片制 从而将模板上的图形转移到固化的聚合物上．纳米 备而成的，微结构的深度和形貌通过改变干法刻蚀 压印是大面积制作微米和纳米图案简便、有效的技 硅的条件来调节．分别选择了PDMS，环氧树脂和聚 术． 酰亚胺作为热压印的聚合物，三者在465nm波长都 为了进一步提高GaN基倒装焊LED的发光具有良好的透光性．热压印在80～100℃条件下进 效率，我们提出了一个在LED出光面上引入二维 行，聚合物固化成型后与模板分离．模板表面用自组 微结构阵列的设想．将表面图形化和封装合二为一， 装单分子层降低表面能以达到防止粘连的目的．纳 利用纳米压印技术在倒装焊LED的蓝宝石出光面 米热压印技术的优点在于，一次干法刻蚀得到的模 制作了一系列二维微结构阵列，使LED的光功率 板