[发明专利]一种光子晶体结构GaN基LED的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及LED器件，尤其是涉及一种光子晶体结构GaN基LED的制备方法。

背景技术

由于具有高效率、低功耗、较环保等特点，GaN基LED作为新一代照明光源得到了快速的发展，部分成品器件已被广泛应用于大功率照明、全彩户外大型显示屏等方面。但是由于GaN材料的高折射率（n≈2.5），使得光从GaN基LED中逃逸出的临界角约为24度，导致LED的光提取效率仅仅约为4%。通过光子晶体来提高LED的出光效率是近年来的研究热点。

光子晶体的概念是由Yablonovitch E和John S于1987年首次提出（[1]Yablonovitch E.Inhibited spontaneous emission in solid-state physics and electronics.Phys.Rev.Lett,1987,58:2059～2062；[2]John S.Strong localization of photons in certain disordered dielectric superlattices.Phys.Rev.Lett,1987,58(23):2486～2489），是指由不同折射率的材料周期性排列形成的人造晶体。光子晶体结构除了能够引入光子禁带，将原本限制在材料内的传播模态提取出来以外，还可以通过自身的周期性结构产生散射效应，破坏原本应该被全反射的光，使得更多光从材料中逃逸出去，提高光提取效率。

通过纳米压印技术制备光子晶体结构相较于其他早期光子晶体结构制备方法具有高精度、大面积、低成本等特点（[3]HYUN K C,JUNHO J,CHOI J H,et al.Light extraction enhancement from nano-imprinted photonic crystal GaN-based blue light-emitting diodes.Optics Express,2006,14(19):865～866；[4]Sang Hoon Kim,Ki-Dong Lee,Ja-Yeon Kim,et al.Fabrication of photonic crystal structures on light emitting diodes by nanoimprint lithography.Nanotechnology,2007,18:055306）。纳米压印的模板主要分为两类，一类是以硅、镍等材料为代表的硬模板，而另一类是以聚二甲基硅烷为代表的软模板。虽然软模板具有成本低、弹性好等特点，但正是由于软模板容易变形且需要进行二次压印，因此在复制图形的过程中具有容易失真、导致结构参数改变等缺点。为了避免上述问题，目前在压印过程中尝试采用剥离技术等方法，虽然对图形的完整度与精确度有一定的改善，但是大大增加了工艺的成本与复杂程度。

运用传统方法制备光子晶体结构GaN基LED的过程中，通常都会伴随着相关刻蚀工艺，由于光子晶体结构的厚度通常为百纳米量级，而在百纳米量级的情况下氧化铟锡等透明导电材料的湿法腐蚀过程难以得到精确的控制，干法刻蚀过程的刻蚀速率则较为缓慢，这对在氧化铟锡等透明导电材料上制备光子晶体结构造成了巨大的困难。同时，传统刻蚀工艺会对氧化铟锡等透明导电材料造成一定的损伤，并最终影响器件的效率，如何避免光子晶体结构制备过程中的刻蚀损伤仍是一项待解决的难题。

发明内容

本发明的目的在于针对上述GaN基LED光子晶体结构制备过程中出现的问题，提供不仅能够简化工艺流程，更重要的是能够更精准地控制纳米结构的形貌，同时避免刻蚀过程对透明导电层造成损伤的一种光子晶体结构GaN基LED的制备方法。

本发明包括以下步骤：

1）在GaN基LED外延片表面蒸镀透明导电层；

2）在步骤1）生长的透明导电层上生长一层掩膜层；

3）在步骤2）生长的掩膜层上涂上压印胶，利用具有纳米结构的硬模板直接进行纳米压印，脱模后在胶体表面形成纳米结构；

4）对外延片进行残胶去除以保证胶体纳米孔状结构中的残胶均被移除；

5）对外延片进行刻蚀以除去掩膜层未被压印胶覆盖的部分，即将压印胶的纳米结构复制到掩膜层上；

6）去除掩膜层表面所有残余压印胶；

7）在外延片表面再次蒸镀与步骤1）所述相同的透明导电层；

8）去除外延片表面残余掩膜层，在透明导电层上得到光子晶体结构；

9）将上述步骤得到的光子晶体结构采用传统工艺即得到光子晶体结构GaN基LED。