[发明专利]一种基于表面等离子体效应的宽带高效GaN基LED芯片及其制备方法

权利要求书

1.基于表面等离子体效应的宽带高效GaN基LED芯片，其特征在于，该宽带高效GaN基LED芯片为倒装结构，由下至上依次包括衬底（1）、缓冲层（2）、非故意掺杂GaN层（3）、n-GaN层（4）、量子阱层（5）、电子阻挡层（6）、p-GaN层（7）、金属反射镜层（8）、钝化层（9）、p-电极层（10）、n-电极层（11）；所述金属反射镜层（8）的底面与p-GaN层（7）的表面接触部位具有微米-纳米复合金属结构；所述微米-纳米复合金属结构包括微米金属结构和纳米金属结构；所述微米金属结构和纳米金属结构均为交替出现的凸起和凹槽结构，所述纳米金属结构分布在微米金属结构与p-GaN层（7）的分界面上；所述p-GaN层（7）的表面具有与微米-纳米复合金属结构互补的微米-纳米复合结构；所述微米金属结构的凸起部分延伸至距离p-GaN层（7）的底部10nm~1μm处，靠近量子阱层（5），微米金属结构的凹槽部分覆盖p-GaN层（7）的表面；所述微米金属结构的凸起和凹槽部分在空间上呈随机分布、一维光栅分布或二维点阵分布中的一种，凸起的形状和凹槽的内凹形状均呈长方体、圆柱、圆台、棱柱或棱台中的一种；所述纳米金属结构的凸起和凹槽部分在空间上呈随机分布、一维光栅分布或二维点阵分布中的一种，凸起的形状和凹槽的内凹形状均呈不规则形状、长方体、圆柱、圆台、棱柱或棱台中的一种；所述微米金属结构的凸起的外径和高度以及凹槽的内径和深度都大于表面等离子体的传播长度，在50nm~5μm之间；所述微米金属结构的凸起部分上的纳米金属结构与量子阱层（5）的距离小于表面等离子体在芯片介质中的穿透深度，在10 nm ~ 200 nm之间。

2.权利要求1所述的基于表面等离子体效应的宽带高效GaN基LED芯片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）依次在衬底（1）上叠层制备缓冲层（2）、非故意掺杂GaN层（3）、n-GaN层（4）、量子阱层（5）、电子阻挡层（6）和平整的p-GaN层（7）；在平整的p-GaN层（7）的表面制备尺寸为纳米数量级的掩模结构；

（2）通过刻蚀将纳米数量级的掩模结构的纳米尺寸图案复制到平整的p-GaN层（7）的表面，制备成具有纳米尺寸结构的p-GaN层，并去除剩余的掩模材料；

（3）在具有纳米尺寸结构的p-GaN层的表面制备尺寸为微米数量级的掩模结构；

（4）通过刻蚀将微米数量级的掩模结构的微米尺寸图案复制到具有纳米尺寸结构的p-GaN层上，制备成整个表面上分布有微米-纳米复合结构的p-GaN层，并去除剩余的掩模材料；

（5）在分布有微米-纳米复合结构的p-GaN层的表面制备金属反射镜层（8），且在金属反射镜层（8）中分布有p-电极金属孔和n-电极金属孔；

（6）在n-电极金属孔处，通过刻蚀延伸至n-GaN层（4），形成n-电极台阶；

（7）在金属反射镜层（8）的表面制备钝化层（9），且在钝化层（9）中分布有p-电极介质孔和n-电极介质孔；

（8）在钝化层（9）的表面制备p-电极层（10）和n-电极层（11）。

3.根据权利要求2所述的基于表面等离子体效应的宽带高效GaN基LED芯片的制备方法，其特征在于，步骤（1）、（2）、（3）、（4）中，在平整的p-GaN层（7）的表面制备尺寸为纳米数量级的掩模结构后，直接在纳米数量级的掩模结构的表面制备尺寸为微米数量级的掩模结构，通过一次性刻蚀，制备得到具有微米-纳米复合结构的p-GaN层，具有微米-纳米复合结构的p-GaN层的凸起表面上不具有纳米结构。

4.根据权利要求2所述的基于表面等离子体效应的宽带高效GaN基LED芯片的制备方法，其特征在于，步骤（1）、（2）、（3）、（4）中，先在平整的p-GaN层（7）的表面上，通过刻蚀微米数量级的掩模结构制备具有微米尺寸结构的p-GaN层；再在具有微米尺寸结构的p-GaN层的表面通过刻蚀纳米数量级的掩模结构，制备成整个表面上分布有微米-纳米复合结构的p-GaN层。