[发明专利]一种基于光子晶体的垂直结构LED芯片及其制备方法

权利要求书

1.一种基于光子晶体的垂直结构LED芯片制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、将Si或者Cu衬底层(11)放入去离子水中室温下超声清洗3-5分钟，去除Si或者Cu衬底层(11)表面粘污颗粒，再依次经过盐酸、丙酮、乙醇洗涤，去除表面有机物，用干燥的高纯N₂吹干；

B、将经过清洗和吹干的Si或者Cu衬底层(11)放入真空室，高温700-1200℃退火30-120min，除去Si或者Cu衬底层(11)表面的残留碳化物，从而获得干净且平整的表面；

C、制备Al单晶金属薄膜层(12)：将Si或者Cu衬底层(11)加热至700-1000℃，高真空条件下，充入0.5-2sccm的高纯N₂，将Al源加热到1000-1200℃使铝原子挥发出来，采用分子束外延方法在Si或者Cu衬底层(11)上沉积一层150-2000nm厚的Al单晶金属薄膜层(12)；

D、制备p-GaN薄膜层(13)：将Si或者Cu衬底层(11)加热至700-900℃，充入0.5-2sccm的高纯N₂等离子体，将Ga源加热到1000-1200℃使镓原子挥发出来，采用分子束外延方法在Al单晶金属薄膜层(12)上沉积一层150-3500nm厚的p-GaN薄膜层(13)，所述p-GaN薄膜层(13)掺杂有Mg、Ti、C和Si元素；

E、制备i-AlN薄膜层(14)：将Si或者Cu衬底层(11)加热至700-900℃，充入0.5-2sccm的高纯N₂等离子体，采用分子束外延方法在p-GaN薄膜层(13)上沉积一层2-30nm厚的i-AlN薄膜层(14)；

F、制备n-ZnO薄膜层(15)：将Si或者Cu衬底层(11)加热至200-600℃，高真空条件下，采用磁控溅射、等离子体增强化学气相沉积或者分子束外延方法在i-AlN薄膜层(14)上沉积一层150-500nm厚的n-ZnO薄膜层(15)，所述n-ZnO薄膜层(15)掺杂有Al、Si、Cu和Ag元素；

G、制备单晶光子晶体薄膜层(16)：将Si或者Cu衬底层(11)加热至700-1000℃，高真空条件下，充入0.5-2sccm的高纯N₂，采用分子束外延方法在n-ZnO薄膜层(15)上沉积一层150-2000nm厚的单晶光子晶体薄膜层(16)；

H、在单晶光子晶体薄膜层(16)上匀胶、曝光显影，光刻，ICP刻蚀单晶光子晶体薄膜层(16)形成N电极，获得规则排列的出光窗口；

I、接着对Al单晶金属薄膜层(12)进行套刻，匀胶、曝光显影，光刻，ICP刻蚀Al单晶金属薄膜层(12)形成P电极；

J、对Si或者Cu衬底层(11)进行减薄，裂片，获得基于金属光子晶体的垂直结构LED芯片；

其中：

步骤D还包括在p-GaN薄膜层(13)生长100-120nm之后，在室温下沉积一层8-12nm的Ag膜，在800-950℃温度下退火30-120s形成Ag纳米层(17)；

所述单晶光子晶体薄膜层(16)的材料为AlAg、AlAu、AlCu或者AlNi；

步骤H中规则排列的出光窗口为方形、圆形或者正多边形。

2.一种使用权利要求1所述的垂直结构LED芯片制备方法制作得到的基于光子晶体的垂直结构LED芯片，其特征在于，包括由下至上依次排列的Si或者Cu衬底层(11)、Al单晶金属薄膜层(12)、p-GaN薄膜层(13)、i-AlN薄膜层(14)、n-ZnO薄膜层(15)和单晶光子晶体薄膜层(16)；所述单晶光子晶体薄膜层(16)的材料为AlAg、AlAu、AlCu或者AlNi,其图案为规则排列的方形、圆形或者正多边形,其厚度为150-2000nm；所述Al单晶金属薄膜层(12)厚度为150-2000nm；所述p-GaN薄膜层(13)的厚度为150-3500nm,且掺杂有Mg、Ti、C和Si元素，所述p-GaN薄膜层(13)还包括一层8-12nm的Ag纳米层(17)；所述i-AlN薄膜层(14)厚度为2-30nm；所述n-ZnO薄膜层(15)的厚度为150-500nm，且掺杂有Al、Si、Cu和Ag元素。