JP2011526075A - 光抽出器の作製方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図1の光変換器118に類似した半導体光変換構成体を作製した。表Iに相対的な層の順番と、異なる層に対する材料組成及び厚さの見積もり値を要約する。
構成体を構成体のウインドウ側からλin=440nmの青色光を発光するレーザーダイオードにより照射した場合の、実施例1で作製した構成体の外部量子効率(EQE)を計算した。測定された再発光波長はλout=539nmであった。EQEを式(Pout/Pin)×(λin/λout)から計算した。式中、Pinは入射エネルギーであり、Poutは構成体を出る、変換された光の出射エネルギーであった。計算されたEQEは23%であった。
実施例1で作製した構成体の吸収層側をSiO2ナノ粒子によりコーティングして、構造化された層150に類似する構造化された層を得た。粒子は、約440nmの平均直径を有し、Nissan Chemical America Corporation(Houston,Texas)から入手した。粒子を1−メトキシ−2−プロパノール中で5重量%固体含量まで分散した。ディップコーティング法を約65mm/分の速度で用いて、溶液を構成体上にコーティングした。第1のこのような試料(試料A)を1回ディップコーティングした。第2のこのような試料(試料B)を数回ディップコーティングした。図5A及び5Bは、それぞれ試料A及びBの側面の走査型電子顕微鏡(SEM)像である。実施例2で述べた方法を用いて、試料A及びBのEQEをそれぞれ30.7%及び38.2%であると計算した。
プラズマ増強化学蒸着(PECVD)法を用いて、実施例3からの試料A及びBをSi3N4オーバーコートによりコーティングして、オーバーコートされた試料A1及びB1をそれぞれ得た。オーバーコートの厚さは約300nmであり、Si3N4の屈折率は約1.8であった。図6A及び6Bは、オーバーコートされた試料A1及びB1の側面のSEM像である。実施例2で述べた方法を用いて、試料A1及びB1のEQEをそれぞれ41.2%及び41.5%であると計算した。1回粒子ディップコートした試料の場合、Si3N4オーバーコートの追加は、EQEを30.7%から41.2%まで増加させ、約34%の増加であった。多数回の粒子ディップコートを行った試料の場合、Si3N4オーバーコートの追加は、EQEを38.2%から41.5%まで増加させ、約8.6%の増加であった。
実施例3で述べた方法を繰り返して、新しい試料C(1回ディップ)を作製した。実施例2で述べた方法を用いると、試料Cの計算されたEQEは33.45%であった。
実施例3で述べた方法を繰り返して、新しい試料D1〜D4を作製した。実施例2で述べた方法を用いると、試料D1〜D4の計算されたEQEは、それぞれ22.1%、19.93%、21.25%、及び25.7%であった。次に、実施例3で述べた方法を用いて、SiO2粒子の単層により異なるディップ速度で試料をコーティングした。試料D1〜D4に対して得られる見積りパーセント面積被覆率は、それぞれ、30%、40%、50%、及び70%であった。得られた試料に対する計算されたEQEは、それぞれ29.47%、33.45%、31.76%、及び41.5%であった。したがって、SiO2粒子の追加は試料D1〜D4のEQEをそれぞれ33%、68%、49%、及び61%増加させた。
図1の光変換器118に類似した半導体光変換構成体を作製した。表IIに相対的な層の順番と、異なる層に対する材料組成、厚さ、バルクバンドギャップエネルギー、及び屈折率の見積もり値を要約する。
実施例1で述べた方法を用いて、半導体光変換構成体を作製した。構成体の計算されたEQEは15.29%であった。構成体の吸収層側をポリスチレン(PS)微小球によりコーティングして、図21Aの構造化された層2120に類似の構造化された層を得た。微小球は約1000nmの平均直径を有し、これをVWR Scientific Products(South Plainfield,NewJersey)から入手した。微小球の屈折率は約1.59であり、構成体中の吸収層の屈折率は約2.6であった。微小球をH2O中10重量%固体含量まで分散した。約200rpmの速度で約20秒間、続いて約5000rpmの速度で約5秒間スピン−オンコーティング法を用いて、溶液を吸収層の最上表面(図21Aの最上表面2126)に塗布した。図22Aは、得られた試料のSEM像であり、密充填の球形PS粒子を光変換構成体の最上表面上に示す。微小球による最上表面の面積被覆率は約90%であり、得られた試料の計算されたEQEは22.9%であった。したがって、PS粒子は、EQEを15.29%から22.9%まで増加させ、約49.8%の増加であった。次いで、試料を酸素プラズマ(6mT、80WのRFパワー、及び1200Wの誘導結合プラズマパワー)中でエッチングして、リフローし、粒子の大きさを縮小した。粒子による得られた表面被覆率は約64%であった。したがって、エッチング工程は、パーセント面積被覆率を約90%から約64%まで低下させた。図22Bは得られた試料のSEM像である。粒子は円錐状又はドーム状であり、平らな底部を有した。得られた試料の計算されたEQEは、27.8%であった。次に、真空蒸着法を用いて、試料をZnSによりオーバーコートした。オーバーコートの厚さは約400nmであり、ZnSオーバーコートの屈折率は約2.4であった。図22Cは得られた試料のSEM像である。得られた試料の計算されたEQEは、37.8%であった。したがって、ZnSオーバーコートの追加は、EQEを27.8%から37.8%まで増加させ、約36%の増加であった。
実施例1で述べた方法を用いて、半導体光変換構成体を作製した。構成体の計算されたEQEは、17.65%であった。構成体の吸収層側をポリスチレン(PS)微小球によりコーティングして、図21Aの構造化された層2120に類似の構造化された層を得た。微小球は約500nmの平均直径を有し、これをVWR Scientific Products(South Plainfield,NewJersey)から入手した。微小球の屈折率は約1.59であり、構成体中の吸収層の屈折率は約2.6であった。微小球をH2O中に1.5重量%固体含量まで分散した。ディップコーティング法を約65mm/分の速度で用いて、この溶液を吸収層の最上表面(図21A中の最上表面2126)に塗布した。この試料を1回ディップコーティングした。得られた試料の計算されたEQEは、26.40%であった。したがって、PS粒子は、EQEを17.65%から26.40%まで増加させ、約49.6%の増加であった。次いで、試料を酸素プラズマ(200mT、200mW、及び20.32cm(8インチ)直径のプラテン)中でエッチングして、若干収縮させ、粒子をリフローした。得られた粒子は円錐状又はドーム状であり、平らな底部を有した。次に、真空蒸着法を用いて、試料をZnSによりオーバーコートした。オーバーコートの厚さは約400nmであり、ZnSオーバーコートの屈折率は約2.4であった。得られた試料の計算されたEQEは、35.5%であった。したがって、ZnSオーバーコートの追加は、EQEを26.4%から35.5%まで増加させ、約34.5%の増加であった。
Claims (19)
- 基板から光を抽出するための光学的構成体を作製する方法であって、
(a)表面を有する基板を準備する工程と、
(b)前記基板の前記表面を露出させる空き領域を形成する、複数の構造体を前記基板の前記表面上に配設する工程と、
(c)前記構造体の少なくとも一部を収縮させる工程と、
(d)オーバーコートを施して、前記収縮した構造体と前記空き領域中の前記基板の前記表面を被覆する工程と、を含む、方法。 - 工程(c)がエッチング剤を前記複数の構造体に施すことにより行われる、請求項1に記載の方法。
- 前記エッチング剤を施した後、前記複数の構造体による前記基板の前記表面のパーセント被覆率が減少する、請求項1に記載の方法。
- 前記複数の構造体がポリスチレンを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記複数の構造体が複数の粒子を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記エッチング剤を施す前は前記複数の粒子が実質的に球形であり、前記エッチング剤を施した後は実質的に円錐状である、請求項5に記載の方法。
- 前記基板が屈折率n1を有し、前記複数の構造体が屈折率n2を有し、並びにn2がn1未満である、請求項1に記載の方法。
- 工程(a)から(d)が順次行われる、請求項1に記載の方法。
- 前記構造体の少なくとも一部をリフローする工程を更に含む、請求項1に記載の方法。
- 前記構造体の少なくとも一部をリフローする工程が前記複数の構造体に熱を加えることにより行われる、請求項9に記載の方法。
- 前記粒子の少なくとも一部を収縮させる工程及びリフローする工程が同時に行われる、請求項9に記載の方法。
- 前記構造体の少なくとも一部が工程(c)において少なくとも20%収縮する、請求項1に記載の方法。
- 前記構造体の少なくとも一部が工程(c)において少なくとも40%収縮する、請求項1に記載の方法。
- 工程(d)における前記オーバーコートが、構造化されたオーバーコートを含む、請求項1に記載の方法。
- 工程(d)における前記オーバーコートが、前記複数の構造体の外側表面に一致する外側の構造化された表面を含む、請求項1に記載の方法。
- 光を基板から抽出するために基板の表面上に複数の構造体を作製する方法であって、
(a)表面を有する基板を準備する工程と、
(b)前記基板の前記表面の所望の第1のパーセント面積被覆率を確認する工程と、
(c)前記基板の前記表面上に複数の構造体を配設して、前記所望の第1のパーセント面積被覆率よりも大きい第2のパーセント面積被覆率を得る工程と、
(d)前記構造体の少なくとも一部を収縮させて、前記パーセント面積被覆率を前記所望の第1のパーセント面積被覆率まで低減させる工程と、を含む、方法。 - 構造化されたオーバーコートを施して、前記収縮した構造体と、非被覆領域中の前記基板の前記表面を被覆する工程を更に含む、請求項16に記載の方法。
- 前記複数の構造体の少なくとも一部をリフローする工程を更に含む、請求項16に記載の方法。
- 前記複数の構造体が複数の粒子を含む、請求項16に記載の方法。
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