[发明专利]一种基于纳米压印的高出光效率LED的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及GaN基发光二极管(LED)，更具体地说，涉及一种基于纳米压印和多孔氧化铝技术的高出光效率GaN基LED的制备方法。

背景技术

GaN基半导体发光二极管(LED)自发明以来在照明，显示屏，通讯设备等领域有着广泛的应用。随着LED应用的推广以及未来对节能环保的要求日益提高，获得高效率的GaN基LED成为人们期待的目标。因为GaN具有高折射率(n≈2.5)系数，只有很少一部分(约4％)光能从GaN基外延片表面逃逸出来。为了让更多的光逃逸出来，获得高效率的出光，人们发展了光子晶体技术。

光子晶体是由不同折射率的电介质材料周期性排列形成的人造晶体。其特有的光子能带结构，可以使得在LED中传播的导播模式转化为辐射模式以增加LED的出光效率。最近几年也有许多这方面的报道，如Jonathan J.Wierer等人的“高引出效率的III族N化物光子晶体发光二极管”，自然光子学，第3卷，第163-169页(2009年)，Chia-Hung Hou等人的“用单层微球制作的二微孔阵列增加发光二极管的光输出”，应用物理快报，第95卷，第133105-133107页(2009年)。

光子晶体能够大大的提高LED的出光效率。但是光子晶体的制备通常是采用电子束光刻技术(EBL)。电子束曝光技术不但成本很高，而且效率非常低，无法应用于大规模的工业生产。采用纳米压印技术能够很好的解决这一难题。纳米压印技术是一种20纪90年代中期出现的微纳加工、制备新技术。它是一种直接利用机械接触挤压，使被压印材料在模板和基底之间发生再分布的方法。与传统的光刻技术相比，具有分辨率高等特点；与高分辨率的聚焦离子束光刻、电子束光刻、X射线光刻等技术相比，它又有产率高、成本低、可大规模生产等特点。

利用纳米压印技术可以解决光子晶体LED产业化的难题。虽然纳米压印技术是一种低成本高效率的机械压印复制技术，但是它必须要有初模板才能复制。初模板一般使用电子束光刻技术制备，低效且费用昂贵。而且模板需要多次使用，容易损坏。

现有的制作光子晶体LED的方式通常有三种：1)使用电子束光刻(EBL)直接在LED上制作光子晶体，成本昂贵，效率低下。2)利用紫外曝光光刻技术在LED上制作光子技术，同样成本昂贵，而且制作出来的光子晶体周期较大，光提取效率的提高偏低。3)常规纳米压印技术制作光子晶体。此技术成本低，效率高，适用于工业生产。但是其使用的模板通常要通过EBL来制作，成本高且容易磨损。

阳极氧化铝(AAO)是一种成熟的纳米阵列结构材料，它的制备过程简单、成本低廉、微纳尺寸在一定范围可调，并且可以做到高度的规整，目前已有很成熟的制备工艺，可通过实验参数的调整获得所需的纳米孔径结构。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提出一种适用于大规模工业生产，低成本高效率的GaN基光子晶体LED的制备方法，采用阳极氧化铝作为模板，利用纳米压印技术来制备光子晶体LED，该方法中的AAO模板可以重复利用，从而解决初模板低效且费用昂贵，需要多次使用，容易损坏等问题。

为达到上述目的，本发明采用的制备方法为：

一种基于纳米压印提高GaN基LED出光效率的方法，包括如下步骤：

(1)利用铝的阳极氧化方法制备纳米压印硬模板；

(2)纳米压印硬模板防粘处理；

(3)在目标片上旋涂一层光刻胶或热压胶得到目标片A；

(4)将上述纳米压印硬模板或纳米压印软模板和目标片A进行纳米压印；

(5)脱模，将上述压印处理后的纳米压印模板(纳米压印硬模板和软模板的统称)与目标片A分离，从而在上述的目标片A表层的光刻胶或热压胶上形成所需的图案，即得到目标片B；

(6)电感耦合等离子体(ICP)刻蚀或者反应离子束(RIE)蚀刻，将上述图案转移到目标片上得到目标片C；

(7)将目标片C经去胶、腐蚀、清洗、烘干等处理；得到目标片D；

(8)将目标片D经后续外延生长、蒸镀、减薄、制作ODR、封装等工艺即得所述光子晶体LED。

本发明所述的纳米压印硬模板有3种，第1种为通孔AAO模板，首先在0.1～0.5mol/L的草酸、硫酸或磷酸溶液中采用两步电化学阳极氧化法在纯铝(99.99％以上)上制备尺寸即孔径、孔间距、孔深度可调的规整的阳极氧化铝AAO模板，阳极电压为20～200V，温度为0～15℃，第一步氧化时间为2～5小时，第二步氧化时间为1～10分钟，经两步氧化后再在质量浓度为5％的H3PO4中进行扩孔处理，最后将铝基底与氧化层相分离，得到所需通孔氧化铝AAO硬模板；