[发明专利]表面等离激元增强火山口型3D垂直结构LED结构及制备方法

权利要求书

1.表面等离激元增强火山口型3D垂直结构LED结构，其特征在于，包括火山口型3D垂直结构LED器件以及表面等离激元，所述火山口型3D垂直结构LED器件为三维微纳米量子阱发光阵列排布，其中单个三维微纳米量子阱发光阵列单元的P型GaN表面设置为火山口型微纳米孔洞，表面等离激元设置在3D垂直结构LED器件的火山口型微纳米孔洞表面上。

2.制备权利要求1所述的表面等离激元增强火山口型3D垂直结构LED结构的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)在外延生长衬底上生长LED外延结构；

2)在LED外延结构表面的P型掺Mg的GaN层刻蚀出三维微纳米量子阱发光阵列，刻蚀贯穿量子阱区域并深入到N型掺Si的GaN层中；

3)在三维微纳米量子阱发光阵列的间隙内沉积介质隔离层，填满空隙区域；

4)在P型掺Mg的GaN层用光刻或者纳米压印的方法在三维微纳米量子阱发光阵列单元表面制作出火山口型微纳米孔洞；

5)在P型掺Mg的GaN层的火山口型微纳米孔洞内蒸镀金属，以形成局域表面等离激元与量子阱的耦合，得到镶嵌在P-GaN火山口型中的金属柱；

6)在P型掺Mg的GaN层的正面依次制作反光镜结构、P面欧姆接触层和金属键合层；

7)通过金属键合工艺将LED外延结构翻转到导电、导热衬底上；

8)通过激光剥离工艺剥离掉外延生长衬底，使得N型掺Si的GaN层的背面暴露在外，在N型掺Si的GaN层的表面制作N面电极，得到表面等离激元增强火山口型3D垂直结构LED结构。

3.根据权利要求2所述的制备表面等离激元增强火山口型3D垂直结构LED结构的方法，其特征在于，步骤1)中，所述LED外延结构包括在外延生长衬底上依次生长的N型掺Si的GaN层、多量子阱发光层和P型掺Mg的GaN层。

4.根据权利要求3所述的制备表面等离激元增强火山口型3D垂直结构LED结构的方法，其特征在于，多量子阱发光层的波长为300nm～800nm。

5.根据权利要求2所述的制备表面等离激元增强火山口型3D垂直结构LED结构的方法，其特征在于，步骤2)中，制作的三维微纳米量子阱发光阵列的单元尺寸为100nm～10μm。

6.根据权利要求2所述的制备表面等离激元增强火山口型3D垂直结构LED结构的方法，其特征在于，步骤2)和步骤4)中，制作三维微纳米量子阱发光阵列以及火山口型微纳米孔洞的方法为电子束曝光、离子束曝光、X射线曝光、深紫外线曝光或纳米压印；刻蚀方法为溅射刻蚀、反应离子刻蚀、感应耦合等离子体刻蚀或激光烧蚀。

7.根据权利要求2所述的制备表面等离激元增强火山口型3D垂直结构LED结构的方法，其特征在于，步骤3)中，沉积的介质隔离层的材料为SiO₂、TiO₂和Si₃N₄中的一种；沉积方法为等离子体化学气相沉积或物理气相沉积。

8.根据权利要求2所述的制备表面等离激元增强火山口型3D垂直结构LED结构的方法，其特征在于，步骤3)中，刻蚀填充介质隔离层的宽度为10nm～1μm。

9.根据权利要求2所述的制备表面等离激元增强火山口型3D垂直结构LED结构的方法，其特征在于，步骤4)中，火山口型微纳米孔洞的底部接近发光区最上层的距离D为5nm～100nm。

10.根据权利要求2所述的制备表面等离激元增强火山口型3D垂直结构LED结构的方法，其特征在于，步骤5)中，蒸镀金属为金、银、铝、铂、铜、铬和锡中的一种或多种。