[发明专利]发光二极管表面金属周期性亚波长结构及其制备方法

权利要求书

1.发光二极管表面金属周期性亚波长结构，其特征在于，在半导体发光二极管的P型GaN层和N型GaN层上裸露的并且未被N电极和P电极覆盖的区域设置一层金属周期性亚波长结构，所述金属周期性亚波长结构从下到上依次包括了隔离层、纳米金属点阵层和保护层，所述隔离层贴附在P型GaN层之上，所述隔离层为厚度为20～30nm的SiN_x增透膜，所述保护层为厚度为15～25nm的SiO₂或SiN_x或ZnO保护膜，所述纳米金属点阵层为金属纳米点阵，所述纳米点的直径为50～100nm，纳米点间距为250～500nm，点阵周期为350～500nm，纳米点的厚度为100～300nm。

2.发光二极管表面金属周期性亚波长结构的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：AAO薄膜的制备；具体过程如下：

步骤11：铝片预处理：先后进行退火、除油、去除氧化层、电抛光过程；

步骤12：一次阳极氧化过程：以草酸作为电解质溶液，铅为阴极，铝为阳极，循环水冷却，磁力搅拌，稳流控制，一次氧化后样品表面能会生成一层较薄微孔性氧化膜，取出用去离子水洗净、烘干、备用；

步骤13：除氧化膜：在40.0℃恒温的6％H₃PO₄与1.8％H₂CrO₄的体积比为1∶1混合液中浸泡15h后，去除一次氧化膜，取出，洗净，烘干，备用；

步骤14：二次阳极氧化过程：二次氧化是在一次氧化膜溶解后留下的凹坑基础上进行的，因此会在凹坑处优先腐蚀，此时样品表面缺陷和细纹已经基本消除，故二次氧化膜的膜孔分布更加均匀、有序，形成了高度有序的自组织模板；

步骤15：AAO薄膜的剥离、通孔和扩孔：采用氧化残液逆电剥离法，二次氧化后，即进行电流回复，从氧化电压40.0V开始，依次下降4.0V，直至降到0V为止，随后进行电极逆转，调节电压，使得氢气从样品表面均匀逸出，30min后，氧化膜与铝基体剥离，浮在溶液中，但没有离开铝片，取出，二次水洗净，烘干，用薄片慢慢插入铝基体与氧化膜之间，使之分离，得半透明淡黄色AAO膜，将剥离后的膜在30℃的5wt％(质量百分比)H₃PO₄溶液中浸泡60min，可得到孔径为70～100nm的AAO薄膜；将制备好的AAO薄膜洗净、烘干、备用。

步骤2：隔离层93的制作：在正装InGaN发光二极管表面上，采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)法，沉积厚度为20～30nm的SiN_x增透膜作为隔离层93；

步骤3：纳米金属点阵层92的制作：将步骤1中制备好的AAO薄膜移至隔离层93上固定好作为镀金属膜时的基片，采用电子束蒸发的办法，靶材采用纯度为99.99％的银靶，在基片表面形成膜厚为为200～300nm的Ag膜，待冷却后将样品取出，放入30％-50％NaOH溶液中浸泡6～8h，反复数次以彻底除去AAO膜，最终氮化硅隔离层上只剩下Ag纳米点阵，纳米点的直径为50～100nm，纳米点间距为250～500nm，点阵周期为350～500nm，纳米点的厚度为100～300nm；

步骤4：保护层94的制作：利用电子束蒸发法蒸镀一层厚度为15～25nm的SiO₂保护膜作为保护层94。

3.发光二极管表面金属周期性亚波长结构的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：AAO薄膜的制备；具体过程如下：

步骤11：铝片预处理：先后进行退火、除油、去除氧化层、电抛光过程；

步骤12：一次阳极氧化过程：以草酸作为电解质溶液，铅为阴极，铝为阳极，循环水冷却，磁力搅拌，稳流控制，一次氧化后样品表面能会生成一层较薄微孔性氧化膜，取出用去离子水洗净、烘干、备用；

步骤13：除氧化膜：在40.0℃恒温的6％H₃PO₄与1.8％H₂CrO₄的体积比为1：1混合液中浸泡15h后，去除一次氧化膜，取出，洗净，烘干，备用；

步骤14：二次阳极氧化过程：二次氧化是在一次氧化膜溶解后留下的凹坑基础上进行的，因此会在凹坑处优先腐蚀，此时样品表面缺陷和细纹已经基本消除，故二次氧化膜的膜孔分布更加均匀、有序，形成了高度有序的自组织模板；

步骤15：AAO薄膜的剥离、通孔和扩孔：采用氧化残液逆电剥离法，二次氧化后，即进行电流回复，从氧化电压40.0V开始，依次下降4.0V，直至降到0V为止，随后进行电极逆转，调节电压，使得氢气从样品表面均匀逸出，30min后，氧化膜与铝基体剥离，浮在溶液中，但没有离开铝片，取出，二次水洗净，烘干，用薄片慢慢插入铝基体与氧化膜之间，使之分离，得半透明淡黄色AAO膜，将剥离后的膜在30℃的5wt％(质量百分比)H₃PO₄溶液中浸泡60min，可得到孔径为70～100nm的AAO薄膜；将制备好的AAO薄膜洗净、烘干、备用。

步骤2：隔离层93的制作：在正装InGaN发光二极管表面上，采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)法，沉积厚度为20～30nm的SiN_x增透膜作为隔离层93；

步骤3：纳米金属点阵层92的制作：然后将步骤1制备好的AAO薄膜移至增透膜上固定好作为镀金属膜时的基片，采用磁控溅射的方法，于高纯氩气气氛中在基片表面沉积一层厚度约为150nm的Ag膜作为纳米金属点阵层92；

待冷却后将样品取出，放入30％-50％(优选40％)NaOH溶液中浸泡6～8h，反复数次以彻底除去AAO膜，最终氮化硅隔离层上只剩下Ag纳米点阵，纳米点的直径为50～100nm，纳米点间距为250～500nm，点阵周期为350～500nm，金属层厚度为35～55nm；

步骤4：保护层94的制作：最后利用PECVD法沉积一层厚度为15～25nm的SiN_x保护膜作为保护层94。