[发明专利]基于纳米压印制备具有表面等离子体的垂直结构的发光二极管的方法

说明书

本发明公开了一种基于纳米压印制备具有表面等离子体的垂直结构的发光二极管的方法，包括：1)在蓝宝石衬底表面上生长外延层，并于外延层上制备第一层粘合层，同时在转移衬底表面上制备第二层粘合层；2)将第一层粘合层和第二层粘合层连接在一起，然后将蓝宝石衬底和外延层分离开；3)利用纳米压印技术，在外延层的表面上制备微纳尺寸图形，将微纳尺寸图形转移到外延层上形成微纳孔洞，并在转移到外延层之上的微纳孔洞内制备形成表面等离子体共振耦合金属；4)利用干法刻蚀工艺，将剥离后的外延层刻蚀到N型重掺杂层，再在该N型重掺杂层上制备N型欧姆接触电极，最后在芯片表面制备钝化保护层，完成表面等离子体垂直结构发光二极管的制备。

技术领域

本发明属于半导体光电子器件工艺领域，具体涉及一种基于纳米压印制备具有表面等离子体的垂直结构的发光二极管的方法。

背景技术

III-N材料属于新型宽禁带半导体，具有优异的物理、化学性质，以此材料体系为基础的可以制备出可见光和紫外波段发光二极管(Light Emitting Diode，简称LED)，因其体积小、能效高、寿命长以及绿色环保等特点，成为吸引人的传统光源替代品。自此半导体照明技术获得快速发展，产品的发光效率获得了持续提升，开始取代传统照明方式成为市场主流技术，现阶段LED应用市场规模已达到数千亿元；同时以具有InGaN量子阱结构的功率型LED是过去一段时间内半导体光电研究领域的热点，而近年来以GaN/AlGaN量子阱结构的紫外和深紫外LED逐渐成为新的研究热点。

III-N材料普遍采用蓝宝石材料作为外延生长衬底，利用金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术生长得到外延结构层，但由于蓝宝石衬底上生长的为极性氮化镓材料，由于材料具有较强的自发极化和压电极化效应，导致LED存在严重的效率降低现象(efficiencydroop)，目前改善效率降低现象的主要技术手段包括两方面，一是外延技术上通过调整外延结构或采用半极性或非极性生长方式，二是芯片工艺上是通过表面粗化、制备微纳结构出光层、光子晶体增加光提取来改善效率降低现象。

利用表面等离子体(surface plasmons,SPs)效应提高LED的发光效率也是当前研究的一个研究热点。一方面，它可以用于提高LED的光提取效率，其原理是通过金属微纳结构，使大于全反射角而不能辐射出去的光激发SPs，然后使SPs再转化为光把能量辐射出去。另一方面，由于SPs具有很强的局域场特性，在共振时SPs有很高的态密度，使LED有源区的电子-空穴复合转化为SP模式，再由SP模式耦合出光，降低电子-空穴直接转变为光子的密度，从而改善提高发光中心的内量子效率，最终实现改善效率降低的目的。局域等离子体效应(localized surface plasmon,LSP)往往具有更高的增强效率，因此纳米金属颗粒常常被应用于增强LED光发射效率。然而无论是SPs或是LSP效应，其金属膜或纳米金属颗粒必须距离有源区较近方可以产生明显的表面等离子体增强效应，因此需要生长较薄的外延膜或使用高精度光刻和刻蚀技术来实现，然而较薄的外延膜会造成器件电学性能变差，高精度光刻技术需要昂贵的设备投入。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于纳米压印制备具有表面等离子体的垂直结构的发光二极管的方法，该方法在P型外延层表面或完成外延层和转移衬底键合、剥离后的N型外延层表面，利用纳米压印技术整面或有选择的区域制备特殊形状的微纳尺寸图形，并将微纳尺寸图形利用干法刻蚀技术转移至外延层，由于纳米压印相比传统光刻技术具有工艺效率高、设备和物料成本低等技术优势，因此可以将微纳尺寸图形大面积、高效率转移的到目标外延层之上，实现缩短工艺周期，为其规模化生产提供更好的解决方案。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案来实现的：

基于纳米压印制备具有表面等离子体的垂直结构的发光二极管的方法，包括以下步骤：