[發明專利]一種基于等離激元隙模式的顏色轉換micro-LED及其制備方法

在審

• 申請號: 202310178195.8
• 申請日: 2023-02-28
• 公開（公告）號: CN116014053A
• 公開（公告）日: 2023-04-25
• 發明（設計）人: 陳志忠;鄧楚涵;康香寧;陳偉華;焦飛;聶靖昕;潘祚堅;張浩東;董勃言;李俞辰;王大奇;沈波
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: H01L33/50
• 分類號: H01L33/50;H01L33/22;H01L33/00;B82Y10/00;B82Y30/00;B82Y40/00;G02B5/00;G09G5/02
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產權代理有限公司 11360
• 代理人: 王巖

1.一種基于等離激元隙模式的顏色轉換micro-LED，其特征在于，所述顏色轉換micro-LED包括：生長襯底、N型GaN層、多量子阱、P型GaN層、二維周期性顆粒凹槽陣列、金屬納米顆粒、P型透明電極、量子點凹槽、量子點和金屬層；其中，從下至上依次為生長襯底、N型GaN層、多量子阱和P型GaN層構成外延片；在P型GaN層的表面形成多個呈二維周期性排布的顆粒凹槽構成二維周期性顆粒凹槽陣列；每一個顆粒凹槽內具有一個或多個金屬納米顆粒，金屬納米顆粒的形狀為球缺，即部分球體，一個表面為球冠且另一個表面為平面，平面位于二維周期性顆粒凹槽的底面；采用金屬修飾劑對金屬顆粒進行修飾，金屬修飾劑采用具有含硫的化學物質，金屬修飾劑通過金屬-硫化學鍵鏈接到金屬納米顆粒的表面，使得金屬納米顆粒具有正電位，能夠吸引帶負電的量子點；在P型GaN層的表面形成P型透明電極，在P型透明電極的表面形成多個不規則排布的量子點凹槽；采用介質修飾劑對量子點凹槽進行化學修飾，使得量子點凹槽的表面帶正電，能夠吸引帶負電的量子點附著；量子點注入至量子點凹槽內，量子點分散在各個量子點凹槽內，量子點的表面覆蓋有一層帶負電的兩親聚合物，多個不規則排布的量子點凹槽以及對量子點凹槽的表面修飾，使得量子點在量子點凹槽內不會凝結，注入有量子點的P型透明電極作為熒光層；在注入有量子點的P型透明電極的表面形成金屬層，P型透明電極位于金屬層與金屬納米顆粒之間，使得金屬層和金屬納米顆粒這兩個金屬結構之間形成金屬結構間隙，金屬層、金屬結構間隙和金屬納米顆粒構成隙模式；量子阱自發輻射出自發輻射光，激發金屬納米顆粒產生表面等離激元，通過表面等離激元的作用使得量子阱的自發輻射光被提取至金屬結構間隙中，從而將大部分量子阱的能量轉移至金屬結構間隙中以激發量子點，增強量子點的發光速率，同時由于產生了表面等離激元使得金屬納米顆粒具有天線作用，將能量散射出去；并且，量子點之間的距離在近場作用范圍內，從而產生戴克Dicke效應，使得量子點與金屬層和金屬納米顆之間的作用距離變大，位于金屬層和金屬納米顆之間的量子點與等離激元和量子阱能夠相互作用，增強量子阱的自發輻射速率，從而量子點的發光和自發輻射速率都得到增強，進一步，與表面等離激元相互作用使得量子阱發射出的大部分光被量子點吸收并增強量子點發光，從而增強顏色轉換效率。

2.如權利要求1所述的顏色轉換micro-LED，其特征在于，所述金屬納米顆粒的直徑為30～200nm，距離量子阱的距離為10nm～35nm。

3.如權利要求1所述的顏色轉換micro-LED，其特征在于，所述二維周期性顆粒凹槽陣列中，顆粒凹槽的水平尺寸為100nm～600nm，周期為200nm～1.5μm。