[发明专利]一种LED三维光子晶体结构及制备方法

权利要求书

1.一种LED三维光子晶体结构，自下而上依次包括衬底、n-GaN层、有源层、p-GaN层，其特征在于，所述p-GaN层上表面刻蚀有多个直径为200nm～800nm的圆柱孔洞形成3D光子晶体单元阵列，圆柱孔洞之间形成等边三角形排布，边长a的取值范围为400nm～1800nm；圆柱孔洞底部与有源层的距离h小于40nm，圆柱孔洞内从底部往上交替沉积两种折射率不同的材料至孔洞上部，其中下层材料为折射率小于1的导电金属材料，上层材料为折射率大于4的单晶或半导体材料，最后由一层不与强酸碱反应的导电金属材料将孔洞封口。

2.如权利要求1所述的LED三维光子晶体结构，其特征在于，所述圆柱孔洞底部与有源层的距离h为20nm。

3.如权利要求1所述的LED三维光子晶体结构，其特征在于，所述圆柱孔洞的直径为350nm～450nm；所述边长a为550nm～700nm。

4.如权利要求1所述的LED三维光子晶体结构，其特征在于，所述折射率小于1的导电金属材料为Cu、Ag或Au；所述折射率大于4的单晶或半导体材料为Si、GaAs、Ge、InP或Sb₂S₃；所述用于孔洞封口不与强酸碱反应的导电金属材料为Ag或Au。

5.一种权利要求1所述LED三维光子晶体结构的制备工艺，其特征在于，包括下述步骤：

（1）在LED外延芯片的p-GaN上表面采用PECVD法沉积一层SiO₂，再在其上涂上一层压印胶；

（2）制备3D光子晶体单元阵列压印模版，在压印胶上压印出所需图形；

（3）先将3D光子晶体单元阵列刻蚀到SiO₂上，然后刻蚀到p-GaN上，刻蚀形成的圆柱孔洞底部与有源层之间的距离h<40nm；

（4）孔洞内底部沉积一层折射率较小于1的导电金属材料，然后在其上沉积一层折射率大于4的单晶或半导体材料；

（5）重复步骤（4），两种材料从底部往上交替沉积至孔洞上部；最后由一层不与强酸碱反应的导电金属材料将孔洞封口；

（6）用强酸碱溶液清洗LED的p-GaN表面，除去表面不需要的SiO₂层。

6.如权利要求5所述的LED三维光子晶体结构的制备工艺，其特征在于，所述的SiO₂层的厚度为200nm。

7.如权利要求5所述的LED三维光子晶体结构的制备工艺，其特征在于，所述压印胶厚度为500～700nm。

8.如权利要求5所述的LED三维光子晶体结构的制备工艺，其特征在于，所述步骤（5）两种材料沉积的厚度分别为20～40nm。

9.如权利要求5所述的LED三维光子晶体结构的制备工艺，其特征在于，所述将孔洞封口的导电金属材料的厚度为30～45nm。