[發(fā)明專利]一種光子晶體結(jié)構(gòu)GaN基LED的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410049914.7
• 申請日: 2014-02-13
• 公開（公告）號: CN103794688B
• 公開（公告）日: 2016-11-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉寶林;陳志遠(yuǎn);朱麗虹;曾凡明;林飛
• 申請（專利權(quán)）人: 廈門大學(xué)
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00
• 代理公司: 廈門南強(qiáng)之路專利事務(wù)所(普通合伙) 35200
• 代理人: 馬應(yīng)森

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及LED器件，尤其是涉及一種光子晶體結(jié)構(gòu)GaN基LED的制備方法。

背景技術(shù)

由于具有高效率、低功耗、較環(huán)保等特點，GaN基LED作為新一代照明光源得到了快速的發(fā)展，部分成品器件已被廣泛應(yīng)用于大功率照明、全彩戶外大型顯示屏等方面。但是由于GaN材料的高折射率（n≈2.5），使得光從GaN基LED中逃逸出的臨界角約為24度，導(dǎo)致LED的光提取效率僅僅約為4%。通過光子晶體來提高LED的出光效率是近年來的研究熱點。

光子晶體的概念是由Yablonovitch?E和John?S于1987年首次提出（[1]Yablonovitch?E.Inhibited?spontaneous?emission?in?solid-state?physics?and?electronics.Phys.Rev.Lett,1987,58:2059～2062；[2]John?S.Strong?localization?of?photons?in?certain?disordered?dielectric?superlattices.Phys.Rev.Lett,1987,58(23):2486～2489），是指由不同折射率的材料周期性排列形成的人造晶體。光子晶體結(jié)構(gòu)除了能夠引入光子禁帶，將原本限制在材料內(nèi)的傳播模態(tài)提取出來以外，還可以通過自身的周期性結(jié)構(gòu)產(chǎn)生散射效應(yīng)，破壞原本應(yīng)該被全反射的光，使得更多光從材料中逃逸出去，提高光提取效率。

通過納米壓印技術(shù)制備光子晶體結(jié)構(gòu)相較于其他早期光子晶體結(jié)構(gòu)制備方法具有高精度、大面積、低成本等特點（[3]HYUN?K?C,JUNHO?J,CHOI?J?H,et?al.Light?extraction?enhancement?from?nano-imprinted?photonic?crystal?GaN-based?blue?light-emitting?diodes.Optics?Express,2006,14(19):865～866；[4]Sang?Hoon?Kim,Ki-Dong?Lee,Ja-Yeon?Kim,et?al.Fabrication?of?photonic?crystal?structures?on?light?emitting?diodes?by?nanoimprint?lithography.Nanotechnology,2007,18:055306）。納米壓印的模板主要分為兩類，一類是以硅、鎳等材料為代表的硬模板，而另一類是以聚二甲基硅烷為代表的軟模板。雖然軟模板具有成本低、彈性好等特點，但正是由于軟模板容易變形且需要進(jìn)行二次壓印，因此在復(fù)制圖形的過程中具有容易失真、導(dǎo)致結(jié)構(gòu)參數(shù)改變等缺點。為了避免上述問題，目前在壓印過程中嘗試采用剝離技術(shù)等方法，雖然對圖形的完整度與精確度有一定的改善，但是大大增加了工藝的成本與復(fù)雜程度。

運(yùn)用傳統(tǒng)方法制備光子晶體結(jié)構(gòu)GaN基LED的過程中，通常都會伴隨著相關(guān)刻蝕工藝，由于光子晶體結(jié)構(gòu)的厚度通常為百納米量級，而在百納米量級的情況下氧化銦錫等透明導(dǎo)電材料的濕法腐蝕過程難以得到精確的控制，干法刻蝕過程的刻蝕速率則較為緩慢，這對在氧化銦錫等透明導(dǎo)電材料上制備光子晶體結(jié)構(gòu)造成了巨大的困難。同時，傳統(tǒng)刻蝕工藝會對氧化銦錫等透明導(dǎo)電材料造成一定的損傷，并最終影響器件的效率，如何避免光子晶體結(jié)構(gòu)制備過程中的刻蝕損傷仍是一項待解決的難題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對上述GaN基LED光子晶體結(jié)構(gòu)制備過程中出現(xiàn)的問題，提供不僅能夠簡化工藝流程，更重要的是能夠更精準(zhǔn)地控制納米結(jié)構(gòu)的形貌，同時避免刻蝕過程對透明導(dǎo)電層造成損傷的一種光子晶體結(jié)構(gòu)GaN基LED的制備方法。

本發(fā)明包括以下步驟：

1）在GaN基LED外延片表面蒸鍍透明導(dǎo)電層；

2）在步驟1）生長的透明導(dǎo)電層上生長一層掩膜層；

3）在步驟2）生長的掩膜層上涂上壓印膠，利用具有納米結(jié)構(gòu)的硬模板直接進(jìn)行納米壓印，脫模后在膠體表面形成納米結(jié)構(gòu)；

4）對外延片進(jìn)行殘膠去除以保證膠體納米孔狀結(jié)構(gòu)中的殘膠均被移除；

5）對外延片進(jìn)行刻蝕以除去掩膜層未被壓印膠覆蓋的部分，即將壓印膠的納米結(jié)構(gòu)復(fù)制到掩膜層上；

6）去除掩膜層表面所有殘余壓印膠；

7）在外延片表面再次蒸鍍與步驟1）所述相同的透明導(dǎo)電層；

8）去除外延片表面殘余掩膜層，在透明導(dǎo)電層上得到光子晶體結(jié)構(gòu)；

9）將上述步驟得到的光子晶體結(jié)構(gòu)采用傳統(tǒng)工藝即得到光子晶體結(jié)構(gòu)GaN基LED。