[發明專利]一種LED三維光子晶體結構及制備方法

有效

• 申請號: 201310104850.1
• 申請日: 2013-03-28
• 公開（公告）號: CN103219443A
• 公開（公告）日: 2013-07-24
• 發明（設計）人: 云峰;趙宇坤
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H01L33/24
• 分類號: H01L33/24;H01L33/26;H01L33/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 朱海臨

1.一種LED三維光子晶體結構，自下而上依次包括襯底、n-GaN層、有源層、p-GaN層，其特征在于，所述p-GaN層上表面刻蝕有多個直徑為200nm～800nm的圓柱孔洞形成3D光子晶體單元陣列，圓柱孔洞之間形成等邊三角形排布，邊長a的取值范圍為400nm～1800nm；圓柱孔洞底部與有源層的距離h小于40nm，圓柱孔洞內從底部往上交替沉積兩種折射率不同的材料至孔洞上部，其中下層材料為折射率小于1的導電金屬材料，上層材料為折射率大于4的單晶或半導體材料，最后由一層不與強酸堿反應的導電金屬材料將孔洞封口。

2.如權利要求1所述的LED三維光子晶體結構，其特征在于，所述圓柱孔洞底部與有源層的距離h為20nm。

3.如權利要求1所述的LED三維光子晶體結構，其特征在于，所述圓柱孔洞的直徑為350nm～450nm；所述邊長a為550nm～700nm。

4.如權利要求1所述的LED三維光子晶體結構，其特征在于，所述折射率小于1的導電金屬材料為Cu、Ag或Au；所述折射率大于4的單晶或半導體材料為Si、GaAs、Ge、InP或Sb₂S₃；所述用于孔洞封口不與強酸堿反應的導電金屬材料為Ag或Au。

5.一種權利要求1所述LED三維光子晶體結構的制備工藝，其特征在于，包括下述步驟：

（1）在LED外延芯片的p-GaN上表面采用PECVD法沉積一層SiO₂，再在其上涂上一層壓印膠；

（2）制備3D光子晶體單元陣列壓印模版，在壓印膠上壓印出所需圖形；

（3）先將3D光子晶體單元陣列刻蝕到SiO₂上，然后刻蝕到p-GaN上，刻蝕形成的圓柱孔洞底部與有源層之間的距離h<40nm；

（4）孔洞內底部沉積一層折射率較小于1的導電金屬材料，然后在其上沉積一層折射率大于4的單晶或半導體材料；

（5）重復步驟（4），兩種材料從底部往上交替沉積至孔洞上部；最后由一層不與強酸堿反應的導電金屬材料將孔洞封口；

（6）用強酸堿溶液清洗LED的p-GaN表面，除去表面不需要的SiO₂層。

6.如權利要求5所述的LED三維光子晶體結構的制備工藝，其特征在于，所述的SiO₂層的厚度為200nm。

7.如權利要求5所述的LED三維光子晶體結構的制備工藝，其特征在于，所述壓印膠厚度為500～700nm。

8.如權利要求5所述的LED三維光子晶體結構的制備工藝，其特征在于，所述步驟（5）兩種材料沉積的厚度分別為20～40nm。

9.如權利要求5所述的LED三維光子晶體結構的制備工藝，其特征在于，所述將孔洞封口的導電金屬材料的厚度為30～45nm。