[发明专利]植入空气隙光子晶体的氮化镓基发光二极管的制备方法

权利要求书

1.一种植入空气隙光子晶体的氮化镓基发光二极管的制备方法，其包括：

步骤1：在n-GaN模板上铺单层自组装密排小球；

步骤2：将单层自组装密排小球缩小，形成单层非密排小球；

步骤3：在铺有所述单层非密排小球的n-GaN模板上蒸镀掩蔽层，其中在单层非密排小球上面覆盖了一定厚度的掩蔽层，形成球上掩蔽层，在所述单层非密排小球间隙处形成掩蔽层网格；

步骤4：去除所述单层非密排小球和球上掩蔽层，留下掩蔽层网格；

步骤5：将掩蔽层网格的孔洞图形转移至n-GaN模板，并去除掩蔽层网格，形成带有孔洞图形的n-GaN模板；

步骤6：在所述带有孔洞图形的n-GaN模板生长成植入空气隙PhC结构的氮化镓基发光二极管(LED)外延片。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1中所述n-GaN模板的厚度为几百纳米到几微米。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1中所述单层自组装密排小球是聚苯乙烯PS小球、二氧化硅SiO₂小球或者是其他材质的自组装小球之一；球的直径在100纳米到3微米之间。

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2中通过反应离子刻蚀(RIE)或者感应耦合等离子体(ICP)刻蚀方式缩小所述单层自组装密排小球；其中，刻蚀气体根据所述单层自组装密排小球的材质确定，而刻蚀缩小后的球间距离范围根据步骤3中蒸镀的掩蔽层的方式和参数来确定。

5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤3中所蒸镀的掩蔽层的材质与步骤6中进行孔洞图形转移的刻蚀工艺兼容，其厚度大于能够承受n-GaN模板中一定深度孔洞图形转移所需要的厚度；而蒸镀掩蔽层方式包括电子束蒸发(EB evaporation)或磁控溅射(Magnetron sputtering)方式。

6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤4中所述去除单层非密排小球和球上掩蔽层的方式依据不同种类的小球来确定。

7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述单层自组装密排小球选用聚苯乙烯PS小球，步骤4中采用甲苯超声去除PS小球和球上掩蔽层，或者直接用蓝膜或者其他具有一定粘附性的胶带剥离PS小球以及球上掩蔽层。

8.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述单层自组装密排小球选用二氧化硅SiO₂小球，步骤4中采用氢氟酸的溶液超声去除SiO₂小球以及球上掩蔽层，或者直接用胶带剥离所述SiO₂小球以及球上掩蔽层。

9.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤5中采用ICP刻蚀方式将所述金属网格的孔洞图形转移至n-GaN模板上，其深度根据n-GaN模板厚度、再生长n-GaN中留下的空气隙高度以及植入空气隙光子晶体的尺寸对光提取效率的改善大小来共同确定。

10.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤6中通过将带有孔洞图形的n-GaN模板放入MOCVD反应室，再生长n-GaN、多量子阱、p-GaN外延层后，生长成植入了空气隙光子晶体结构的氮化镓基发光二极管的外延片。

11.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤6中所述再生长n-GaN的厚度根据所植入空气隙PhC结构距离有源区的距离对光提取效率的影响大小以及再生长n-GaN厚度对发光二极管器件的电学性能影响的好坏来共同确定。