[发明专利]一种砷化镓基光子晶体发光二级管的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于光电器件照明制备领域，具体来说，涉及一种砷化镓基光子晶体发光二级管的制备方法。

背景技术

半导体发光二极管（发光二级管）在显示、背光源、照明和通信等领域有着广泛的应用前景。传统发光二极管的内量子效率和外量子效率之间存在显著差距，内量子效率接近100％，外量子效率不到5％。这是因为发光二级管半导体材料的折射率高于周围空气。活性介质发出的光在介质与空气的界面存在全反射，使得大多数光子无法射出。为了能够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。

光子晶体结构的能够引入光子禁带，限制了光子在水平方向的传播，提高了垂直方向的光出射率，同时，光子晶体具有类似光栅衍射结构，起到表面粗化的作用，以此提高器件的外量子效率，使更多的光辐射到空气中。

目前采用纳米加工技术制作光子晶体已得到迅速发展，通常采用外界手段剥除材料，形成纳米结构。常见的是上往下逐步刻蚀方法，比如电子束或者聚焦离子束刻蚀，紫外光刻，纳米压印等方法，这些刻蚀工艺对器件表面有损伤，在图案转移的过程中，由于表面不平整，在发光二极管表面制备的光子晶体图案交叉，使转移的目标图案法身形变。并且，这些工艺对设备要求较高，由于受到工艺的限制，光子晶体的高度一般不超过2um，限制了发光二极管的出光效率。同时目前的方法，光子晶体二极管中光子晶体的制作周期通常需要几十分钟甚至几个小时，不能进行有效的生产。

发明内容

技术问题：本发明所要解决的技术问题是：提供一种砷化镓基光子晶体发光二级管的制备方法，该制备方法用化学腐蚀的原理制作光子晶体阵列，减少材料的刻蚀损伤，提高了光晶体表面的平整度；光子晶体高度可以达到3-10um以上，提高了光子晶体的质量，且制备效率高。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种砷化镓基光子晶体发光二级管的制备方法，该制备方法包括如下步骤：

步骤10）清洗烘干砷化镓基发光二级管外延片：该砷化镓基发光二级管外延片包括从下往上依次生长的蓝宝石衬底层、氮化硅层、N型砷化镓层、多量子阱有源层、P型砷化镓层和第一金属层；

步骤20）将砷化镓基发光二级管外延片倒置，使得蓝宝石衬底层位于顶端，然后取一硅衬底层；

步骤30）在倒置的砷化镓基发光二级管外延片的第一金属层的底面和硅衬底层的顶面分别电镀键合材料层，然后对第一金属层和硅衬底层进行键合；

步骤40）用激光法剥离砷化镓基发光二级管外延片中的蓝宝石衬底层；

步骤50）在氮化硅层的顶面旋涂一光刻胶层；

步骤60）利用紫外曝光方法将掩模板图形转换到光刻胶层的顶面，并依次进行曝光、清洗和坚模；

步骤70）根据光刻胶层形成的图形，用离子刻蚀法刻蚀被光刻胶层覆盖的氮化硅层，形成第一目标片；

步骤80）在第一目标片的上表面蒸镀一层第二金属层，形成第二目标片；

步骤90）在频率范围在20000-30000赫兹的超声环境下，将步骤80）制备的第二目标片置于氢氟酸溶液中，洗去氮化硅层、光刻胶层以及位于光刻胶层上方的第二金属层，制成第三目标片；

步骤100）将步骤90）制成的第三目标片静置于器皿中，加入混合溶液中，N型砷化镓层在金属催化作用下，制成具有光子晶体结构的第四目标片；

步骤110）将步骤100）制成的第四目标片放置在王水中，采用腐蚀法除去第二金属层，制成第五目标片；

步骤120）对步骤110）制成的第五目标片采用光刻、刻蚀、电子束蒸发的方法，制作正接触电极和负接触电极，制成砷化镓基光子晶体发光二级管。

进一步，所述的步骤30）中，键合材料层为从下往上依次用电镀法生长的铬层、铂层和金层，其中，铬层的厚度为30-70nm,铂层的厚度为50-80nm,金层的厚度为2000-3000nm。

进一步，第二金属层由金、银或者铜制成，且第二金属层的厚度为30-50nm。

进一步，所述的步骤100）中，混合溶液由氢氟酸、高锰酸钾和去离子水组成，其中，高锰酸钾呈饱和状态，氢氟酸的摩尔浓度为40-60mMol/L。

进一步，所述的步骤100）中，将第三目标片静置于塑料器皿中，第四目标片具有柱形光子晶体结构。

进一步，所述的步骤100）中，将第三目标片静置于玻璃器皿中，第四目标片具有锯齿形光子晶体结构。

有益效果：与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：