[發明專利]一種砷化鎵基光子晶體發光二級管的制備方法

有效

• 申請號: 201210576220.X
• 申請日: 2012-12-26
• 公開（公告）號: CN103022283A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 孫小菡;陳源源;董納;蔣衛鋒
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00;H01L33/30
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發明屬于光電器件照明制備領域，具體來說，涉及一種砷化鎵基光子晶體發光二級管的制備方法。

背景技術

半導體發光二極管（發光二級管）在顯示、背光源、照明和通信等領域有著廣泛的應用前景。傳統發光二極管的內量子效率和外量子效率之間存在顯著差距，內量子效率接近100％，外量子效率不到5％。這是因為發光二級管半導體材料的折射率高于周圍空氣。活性介質發出的光在介質與空氣的界面存在全反射，使得大多數光子無法射出。為了能夠讓更多的光逃逸出來，獲得高效率的出光，人們發展了光子晶體技術。

光子晶體結構的能夠引入光子禁帶，限制了光子在水平方向的傳播，提高了垂直方向的光出射率，同時，光子晶體具有類似光柵衍射結構，起到表面粗化的作用，以此提高器件的外量子效率，使更多的光輻射到空氣中。

目前采用納米加工技術制作光子晶體已得到迅速發展，通常采用外界手段剝除材料，形成納米結構。常見的是上往下逐步刻蝕方法，比如電子束或者聚焦離子束刻蝕，紫外光刻，納米壓印等方法，這些刻蝕工藝對器件表面有損傷，在圖案轉移的過程中，由于表面不平整，在發光二極管表面制備的光子晶體圖案交叉，使轉移的目標圖案法身形變。并且，這些工藝對設備要求較高，由于受到工藝的限制，光子晶體的高度一般不超過2um，限制了發光二極管的出光效率。同時目前的方法，光子晶體二極管中光子晶體的制作周期通常需要幾十分鐘甚至幾個小時，不能進行有效的生產。

發明內容

技術問題：本發明所要解決的技術問題是：提供一種砷化鎵基光子晶體發光二級管的制備方法，該制備方法用化學腐蝕的原理制作光子晶體陣列，減少材料的刻蝕損傷，提高了光晶體表面的平整度；光子晶體高度可以達到3-10um以上，提高了光子晶體的質量，且制備效率高。

技術方案：為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：

一種砷化鎵基光子晶體發光二級管的制備方法，該制備方法包括如下步驟：

步驟10）清洗烘干砷化鎵基發光二級管外延片：該砷化鎵基發光二級管外延片包括從下往上依次生長的藍寶石襯底層、氮化硅層、N型砷化鎵層、多量子阱有源層、P型砷化鎵層和第一金屬層；

步驟20）將砷化鎵基發光二級管外延片倒置，使得藍寶石襯底層位于頂端，然后取一硅襯底層；

步驟30）在倒置的砷化鎵基發光二級管外延片的第一金屬層的底面和硅襯底層的頂面分別電鍍鍵合材料層，然后對第一金屬層和硅襯底層進行鍵合；

步驟40）用激光法剝離砷化鎵基發光二級管外延片中的藍寶石襯底層；

步驟50）在氮化硅層的頂面旋涂一光刻膠層；

步驟60）利用紫外曝光方法將掩模板圖形轉換到光刻膠層的頂面，并依次進行曝光、清洗和堅模；

步驟70）根據光刻膠層形成的圖形，用離子刻蝕法刻蝕被光刻膠層覆蓋的氮化硅層，形成第一目標片；

步驟80）在第一目標片的上表面蒸鍍一層第二金屬層，形成第二目標片；

步驟90）在頻率范圍在20000-30000赫茲的超聲環境下，將步驟80）制備的第二目標片置于氫氟酸溶液中，洗去氮化硅層、光刻膠層以及位于光刻膠層上方的第二金屬層，制成第三目標片；

步驟100）將步驟90）制成的第三目標片靜置于器皿中，加入混合溶液中，N型砷化鎵層在金屬催化作用下，制成具有光子晶體結構的第四目標片；

步驟110）將步驟100）制成的第四目標片放置在王水中，采用腐蝕法除去第二金屬層，制成第五目標片；

步驟120）對步驟110）制成的第五目標片采用光刻、刻蝕、電子束蒸發的方法，制作正接觸電極和負接觸電極，制成砷化鎵基光子晶體發光二級管。

進一步，所述的步驟30）中，鍵合材料層為從下往上依次用電鍍法生長的鉻層、鉑層和金層，其中，鉻層的厚度為30-70nm,鉑層的厚度為50-80nm,金層的厚度為2000-3000nm。

進一步，第二金屬層由金、銀或者銅制成，且第二金屬層的厚度為30-50nm。

進一步，所述的步驟100）中，混合溶液由氫氟酸、高錳酸鉀和去離子水組成，其中，高錳酸鉀呈飽和狀態，氫氟酸的摩爾濃度為40-60mMol/L。

進一步，所述的步驟100）中，將第三目標片靜置于塑料器皿中，第四目標片具有柱形光子晶體結構。

進一步，所述的步驟100）中，將第三目標片靜置于玻璃器皿中，第四目標片具有鋸齒形光子晶體結構。

有益效果：與現有技術相比，本發明的技術方案具有以下有益效果：