[發明專利]基于納米壓印制備具有表面等離子體的垂直結構的發光二極管的方法

有效

• 申請號: 201710776199.0
• 申請日: 2017-08-31
• 公開（公告）號: CN107611231B
• 公開（公告）日: 2019-10-11
• 發明（設計）人: 云峰;郭茂峰
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00;H01L33/20
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 閔岳峰

本發明公開了一種基于納米壓印制備具有表面等離子體的垂直結構的發光二極管的方法，包括：1)在藍寶石襯底表面上生長外延層，并于外延層上制備第一層粘合層，同時在轉移襯底表面上制備第二層粘合層；2)將第一層粘合層和第二層粘合層連接在一起，然后將藍寶石襯底和外延層分離開；3)利用納米壓印技術，在外延層的表面上制備微納尺寸圖形，將微納尺寸圖形轉移到外延層上形成微納孔洞，并在轉移到外延層之上的微納孔洞內制備形成表面等離子體共振耦合金屬；4)利用干法刻蝕工藝，將剝離后的外延層刻蝕到N型重摻雜層，再在該N型重摻雜層上制備N型歐姆接觸電極，最后在芯片表面制備鈍化保護層，完成表面等離子體垂直結構發光二極管的制備。

技術領域

本發明屬于半導體光電子器件工藝領域，具體涉及一種基于納米壓印制備具有表面等離子體的垂直結構的發光二極管的方法。

背景技術

III-N材料屬于新型寬禁帶半導體，具有優異的物理、化學性質，以此材料體系為基礎的可以制備出可見光和紫外波段發光二極管(Light Emitting Diode，簡稱LED)，因其體積小、能效高、壽命長以及綠色環保等特點，成為吸引人的傳統光源替代品。自此半導體照明技術獲得快速發展，產品的發光效率獲得了持續提升，開始取代傳統照明方式成為市場主流技術，現階段LED應用市場規模已達到數千億元；同時以具有InGaN量子阱結構的功率型LED是過去一段時間內半導體光電研究領域的熱點，而近年來以GaN/AlGaN量子阱結構的紫外和深紫外LED逐漸成為新的研究熱點。

III-N材料普遍采用藍寶石材料作為外延生長襯底，利用金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)技術生長得到外延結構層，但由于藍寶石襯底上生長的為極性氮化鎵材料，由于材料具有較強的自發極化和壓電極化效應，導致LED存在嚴重的效率降低現象(efficiencydroop)，目前改善效率降低現象的主要技術手段包括兩方面，一是外延技術上通過調整外延結構或采用半極性或非極性生長方式，二是芯片工藝上是通過表面粗化、制備微納結構出光層、光子晶體增加光提取來改善效率降低現象。

利用表面等離子體(surface plasmons,SPs)效應提高LED的發光效率也是當前研究的一個研究熱點。一方面，它可以用于提高LED的光提取效率，其原理是通過金屬微納結構，使大于全反射角而不能輻射出去的光激發SPs，然后使SPs再轉化為光把能量輻射出去。另一方面，由于SPs具有很強的局域場特性，在共振時SPs有很高的態密度，使LED有源區的電子-空穴復合轉化為SP模式，再由SP模式耦合出光，降低電子-空穴直接轉變為光子的密度，從而改善提高發光中心的內量子效率，最終實現改善效率降低的目的。局域等離子體效應(localized surface plasmon,LSP)往往具有更高的增強效率，因此納米金屬顆粒常常被應用于增強LED光發射效率。然而無論是SPs或是LSP效應，其金屬膜或納米金屬顆粒必須距離有源區較近方可以產生明顯的表面等離子體增強效應，因此需要生長較薄的外延膜或使用高精度光刻和刻蝕技術來實現，然而較薄的外延膜會造成器件電學性能變差，高精度光刻技術需要昂貴的設備投入。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于納米壓印制備具有表面等離子體的垂直結構的發光二極管的方法，該方法在P型外延層表面或完成外延層和轉移襯底鍵合、剝離后的N型外延層表面，利用納米壓印技術整面或有選擇的區域制備特殊形狀的微納尺寸圖形，并將微納尺寸圖形利用干法刻蝕技術轉移至外延層，由于納米壓印相比傳統光刻技術具有工藝效率高、設備和物料成本低等技術優勢，因此可以將微納尺寸圖形大面積、高效率轉移的到目標外延層之上，實現縮短工藝周期，為其規模化生產提供更好的解決方案。

為達到上述目的，本發明采用如下技術方案來實現的：

基于納米壓印制備具有表面等離子體的垂直結構的發光二極管的方法，包括以下步驟：