[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

说明书

技术领域

本发明属于半导体技术领域，特别是指一种利用自组装技术制备植入空气隙光子晶体的氮化镓基发光二极管的方法。

背景技术

氮化镓(GaN)基发光二极管(LED)，因为其高的光效、低的功耗以及无污染等的优良特性，已经被广泛研究被已进入大规模商业生长。传统的LED外延片表面平整，因为GaN本身折射率较高(2.52)，和空气界面的全反射效应严重，导致有源区发出的光线无法从LED中逃逸出来，光提取效率偏低一直是实现高效LED的一个瓶颈。人们也开开发了很多用于改善光提取效率的方法，包括图形衬底，p-GaN表面粗化，电流扩展层表面粗化以及在LED结构中集成PhC结构等等，都取得了明显的效果。但是，在这些提高光提取效率的方法中，多数借助了电子束曝光或者纳米压印的昂贵、复杂的技术，这大大限制了这些粗化技术在商业LED中的应用。另外，多数表面粗化方法还借助等离子体刻蚀的工艺，这会引入刻蚀缺陷，带来光子的吸收和电学性能的退化。总之，寻求一种低成本、大面积且无刻蚀损伤的制作微纳图形来提高LED的出光效率的方法，显得很有应用价值。

自然光刻是上世纪90年代初出现的一种利用自然形成的周期的或者非周期的掩蔽层来实现周期或者非周期的微纳级图形转移的技术。相比传统的刻蚀技术，自然光刻技术工艺简单、成本低廉。随着近些年化学领域自组装技术的快速发展和进步，利用自组装纳米球做光刻转移(NSL)的文章和专利纷纷出现，不仅在图形转移质量上有很大的改善，而且在图形转移的创新应用上取得很多可喜的成果。利用NSL技术可以实现亚微米甚至纳米级图形转移，也可是实现三维图形的制作和转移。

将自然光刻技术应用于在LED中制作光子晶体(PhC)结构以提高LED出光效率，是几年来的一个研究热点。科研人员在LED的p-GaN或者电流扩展层上制作PhC结构，都对LED光提取效率有明显改善。但是在LED表面做微纳结构，以来对器件电学性能很可能会有损伤，二来提高LED提取效率的空间有限。人们又开始了在LED器件内部，比如n-GaN中植入PhC结构，取得了非常不错的效果。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种利用自组装技术在LED的n-GaN层中植入空气隙PhC结构以提高LED出光效率的方法。

本发明公开了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。

本发明公开的上述方法利用化学自组装方法转移图形到n-GaN制作的空气隙PhC结构，使得LED外延结构中的部分光传导模式变成逃逸模式，大大改善了LED的提取效率。而且，该方法制作的LED电学性能没有退化。且该方法工艺步骤简单、成本低廉、行之有效，为人们低成本制作高提取效率的LED提供了一个很好的方法。

附图说明

图1是本发明中制备植入空气隙光子晶体的氮化镓基发光二极管的方法流程图；

图2本发明中制备植入空气隙光子晶体的氮化镓基发光二极管时在n-GaN模板上铺单层密排自组装小球后的结构示意图；

图3是本发明中制备植入空气隙光子晶体的氮化镓基发光二极管时将自组装小球刻蚀缩小成单层非密排小球的结构示意图；

图4是本发明中制备植入空气隙光子晶体的氮化镓基发光二极管时在铺有单层非密排小球的n-GaN模板上面覆盖金属层的结构示意图；

图5是本发明中制备植入空气隙光子晶体的氮化镓基发光二极管时去除小球以及球上金属层后形成的带有金属网格的n-GaN模板的结构示意图；

图6是本发明是制备植入空气隙光子晶体的氮化镓基发光二极管时形成带有孔洞图形的n-GaN模板的结构示意图；

图7是本发明中制备好的植入空气隙光子晶体的氮化镓基发光二极管外延片的结构示意图。