[發(fā)明專(zhuān)利]在發(fā)光二極管芯片的量子阱附近制備納米金屬結(jié)構(gòu)的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610821348.6
• 申請(qǐng)日: 2016-09-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106449902B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-04-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 萬(wàn)巍;陳湛旭
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 廣東技術(shù)師范學(xué)院
• 主分類(lèi)號(hào): H01L33/00
• 分類(lèi)號(hào): H01L33/00;H01L33/06;H01L33/22
• 代理公司: 廣州新諾專(zhuān)利商標(biāo)事務(wù)所有限公司44100
• 代理人: 張玲春

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于涉及一種在發(fā)光二極管(LED)芯片的量子阱附近制備納米金屬結(jié)構(gòu)的方法，其工藝可以制作成為具有表面等離子體增強(qiáng)效應(yīng)的LED。

背景技術(shù)

利用表面等離子體(surface plasmons,SPs)技術(shù)提高LED的出光效率也是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。主要是由于SPs具有特殊的性質(zhì)，一方面，它可以用于提高LED的萃取效率，其原理是通過(guò)合適的金屬微納結(jié)構(gòu)，使大于全內(nèi)反射角而不能輻射出去的光激發(fā)SPs，然后使SPs再轉(zhuǎn)化為光把能量輻射出去。另一方面，由于SPs具有很強(qiáng)的局域場(chǎng)特性，在共振時(shí)SPs有很高的態(tài)密度，這能夠影響發(fā)光中心的輻射速率，從而提高發(fā)光中心的內(nèi)量子效率，這非常合適用于提高一些內(nèi)量子效率較低的芯片，例如綠光LED芯片。

局域等離子體(localized surface plasmon,LSP)往往具有更高的增強(qiáng)效率，因此納米金屬顆粒常常被應(yīng)用于增強(qiáng)LED光發(fā)射效率。Park等人設(shè)計(jì)了一個(gè)與通常多量子阱LED略有不同的樣品，他們把用于產(chǎn)生SPs效應(yīng)的銀粒子沉積于n-GaN和多量子阱之間，這樣可以有效地解決p-GaN的厚度與SPs有效耦合距離的問(wèn)題(Adv Mater.,2008,20:1253)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，與沒(méi)有沉積銀粒子的樣品相比，有銀粒子的樣品的時(shí)間分辨光譜技術(shù)表明了其自發(fā)輻射速率得到了較大的提高。但是由于生產(chǎn)半導(dǎo)體材料的溫度環(huán)境問(wèn)題，大部分的銀粒子會(huì)被蒸發(fā)掉，所以最后只獲得1.3倍左右的藍(lán)光增強(qiáng)。Park研究小組同樣把這個(gè)技術(shù)應(yīng)用于p-GaN上，他們也嘗試了把用于產(chǎn)生SPs效應(yīng)的銀粒子沉積于p-GaN和多量子阱之間，實(shí)驗(yàn)上獲得38％的光輸出增強(qiáng)(Nanotechnology,2010,21：205201)。

利用SPs效應(yīng)提高LED的發(fā)光效率引起了當(dāng)前許多研究小組的興趣，并且取得了許多引人注目的成果。SPs效應(yīng)提高發(fā)光效率涉及比較多的研究?jī)?nèi)容，這主要包括如何設(shè)計(jì)金屬納米結(jié)構(gòu)，使得它與量子阱的發(fā)光頻率共振并且具有高的散射效率；還包括如何在量子阱的附近制備該金屬納米結(jié)構(gòu)。特別是后者，由于SPs效應(yīng)的有效作用距離僅為幾十個(gè)納米，因此許多研究小組要獲得比較好的結(jié)果一般需要使用比較復(fù)雜的生長(zhǎng)工藝(Nanotechnology,2008,19:345201)。

因此，如何使用低成本的納米技術(shù)在發(fā)光量子阱附近制備合適的金屬納米結(jié)構(gòu)，從而利用SPs效應(yīng)提高LED的發(fā)光效率，仍是一個(gè)值得研究科研問(wèn)題。本

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種在發(fā)光二極管(LED)芯片的量子阱附近制備納米金屬結(jié)構(gòu)的方法，主要使用的是納米球掩膜刻蝕沉積技術(shù)，能夠在量子阱附近制備合適的金屬納米結(jié)構(gòu)，從而避免復(fù)雜的生長(zhǎng)工藝。

本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問(wèn)題是采用以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的。一種在發(fā)光二極管(LED)芯片的量子阱附近制備納米金屬結(jié)構(gòu)的方法，首先，利用納米球掩膜刻蝕技術(shù)，在P-GaN層刻蝕出相應(yīng)的納米凹槽，然后沉積金屬和電流隔離層，最后去掉相關(guān)的納米球掩膜，這樣金屬納米顆粒和電流隔離層可以填在納米凹槽內(nèi)，最后利用常規(guī)的工藝制作電極。

本發(fā)明提出一種在發(fā)光二極管(LED)芯片的量子阱附近制備納米金屬結(jié)構(gòu)的方法，具體包括以下步驟：

1)首先，在平面結(jié)構(gòu)的LED芯片的P-GaN層制備單層密排的納米球，可以先利用氧等離子體刻蝕PS納米球，控制納米柱的間隙，接著利用ICP進(jìn)行刻蝕，刻蝕出周期性的P-GaN納米柱陣列，那么納米柱之間就有間隙結(jié)構(gòu)；

2)在去掉納米球掩膜前，利用電子束蒸發(fā)或者是磁控濺射進(jìn)行沉積金屬，沉積厚度大約為10-20nm，然后再利用電子束蒸發(fā)或者是磁控濺射進(jìn)行沉積電流隔離層，沉積厚度大約為10-20nm；

3)去掉納米球掩膜，最終在p-GaN層獲得周期性的納米柱陣列結(jié)構(gòu)，并且納米柱的間隙有金屬納米顆粒和電流隔離層顆粒結(jié)構(gòu)；

4)沉積約300-400nm的ITO作為透明電極，然后進(jìn)行常規(guī)的厚金電極工藝處理，包括涂光刻膠，第一次曝光，濕刻ITO，ICP刻GaN臺(tái)階，去膠，再涂光刻膠；第二次曝光，鍍厚金等，從而完成制作厚金電極的制作。最終獲得具有表面等離子體增強(qiáng)效應(yīng)的LED成品。

本發(fā)明的制備工藝方法，步驟a中，在P-GaN層制備單層密排的納米球，所述納米球可以是單分散的聚苯乙烯微球(Polystyrene，PS)、單分散的二氧化硅微球，所述單分散的微球直徑在200nm-2um之間。