一种双层光子晶体结构的倒装深紫外LED及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种双层光子晶体结构的倒装深紫外LED及其制备方法，该双层光子晶体结构的倒装深紫外LED包括支架、深紫外LED芯片和透镜，其中：所述透镜设置于所述支架顶部，且所述深紫外LED芯片位于所述支架与透镜所围成的封闭空间中；所述深紫外LED芯片设置于所述支架底部，所述深紫外LED芯片靠近所述支架底部的一侧表面设置有第一纳米阵列结构，所述深紫外LED芯片远离所述支架底部的一侧表面设置有第二纳米阵列结构。本发明专利技术通过在深紫外LED的P型GaN接触层上设置第一纳米阵列结构，同时在蓝宝石衬底上设置第二纳米阵列结构，打破了现有的光提取效率上限，使深紫外LED的出光功率提升了一倍以上。

Inverted deep UV LED with double-layer photonic crystal structure and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种双层光子晶体结构的倒装深紫外LED及其制备方法
本专利技术涉及紫外LED制备领域，特别是一种双层光子晶体结构的倒装深紫外LED及其制备方法。
技术介绍
深紫外LED已经被广泛的应用在消毒，杀菌，空气净化，食品保鲜等领域。但在深紫外LED的性能上来说，由于较低的光效(通常小于5％且随波长变化)，特别是光提取效率的限制，一方面距离成熟商用的蓝光LED的性能还有较大的差距，另一方面在使用的过程中LED产生大量的热并进而影响其寿命和稳定性。对于目前较为成熟的280nm的深紫外LED来说，光提取效率仍然处于10％以下，其光损失主要来自芯片内部的全反射和金属电极材料的吸收。因此如果能引入一些提高紫外LED提取效率的方法，即可有效改善紫外LED的性能和和寿命。光子晶体结构是一种直接有效的改善深紫外光提取效率的方法，而且其制备工艺方法并不复杂，可以通过干法刻蚀，湿法腐蚀等方法获得。研究表明，顶层的P型氮化镓材料的强吸收，以及蓝宝石/空气界面的对深紫外光的全反射极大的限制了紫外LED的光提取效率，故需要提出一种新的紫外LED设计方式是解决当前问题的发展方向。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种双层光子晶体结构的倒装深紫外LED及其制备方法，用于解决现有技术中P型GaN接触层对深紫外光的强吸收以及蓝宝石/空气界面对深紫外光的全反射问题。为解决上述技术问题，本专利技术提供的第一解决方案为：一种双层光子晶体结构的倒装深紫外LED包括支架、深紫外LED芯片和透镜，其中：透镜设置于支架顶部，且深紫外LED芯片位于支架与透镜所围成的封闭空间中；深紫外LED芯片设置于支架底部，深紫外LED芯片靠近支架底部的一侧表面设置有第一纳米阵列结构，深紫外LED芯片远离支架底部的一侧表面设置有第二纳米阵列结构。优选的，第一纳米阵列结构为具有若干圆柱状凹槽的阵列结构，圆柱状凹槽直径为200～400nm，深度为150～250nm，相邻圆柱状凹槽以正三角形方式进行阵列排布，且相邻圆柱状凹槽的圆心间距为800～1500nm；第二纳米阵列结构为具有若干圆柱状凹槽的阵列结构，圆柱状凹槽直径为450～750nm，深度为500～1000nm，相邻圆柱状凹槽以正三角形方式进行阵列排布，且相邻圆柱状凹槽的圆心间距为800～1500nm。优选的，深紫外LED芯片包括蓝宝石衬底、AlN缓冲层、超晶格层、N型AlGaN电子传输层、量子阱有源层、P型空穴传输层、P型GaN接触层；蓝宝石衬底上依次沉积AlN缓冲层、超晶格层、N型AlGaN电子传输层、量子阱有源层、P型空穴传输层以及P型GaN接触层，且P型GaN接触层上设置有第一纳米阵列结构，蓝宝石衬底上设置有第二纳米阵列结构。为解决上述技术问题，本专利技术提供的第二解决方案为：一种前述第一解决方案中双层光子晶体结构的倒装深紫外LED的制备方法，其步骤包括LED芯片外延生长、制备第一纳米阵列结构、制备LED芯片电极、制备第二阵列结构和封装；LED芯片外延生长的具体步骤包括：采用MOCVD法，于蓝宝石衬底上依次沉积AlN缓冲层、超晶格层、N型AlGaN电子传输层、量子阱有源层、P型空穴传输层以及P型GaN接触层，得到LED外延片。其中，制备第一纳米阵列结构的具体步骤包括：采用有机试剂和酸碱试剂对LED外延片中的P型GaN接触层表面进行超声清洗，并烘干；旋涂第一光刻胶，采用纳米印压技术得到具有第一纳米阵列结构图形的P型GaN接触层；采用干法刻蚀对具有第一纳米阵列结构的P型GaN接触层进行刻蚀。其中，第一纳米阵列结构为具有若干圆柱状凹槽的阵列结构，圆柱状凹槽直径为200～400nm，深度为150～250nm，相邻圆柱状凹槽以正三角形方式进行阵列排布，且相邻圆柱状凹槽的圆心间距为800～1500nm；干法刻蚀为等离子体干法刻蚀，第一光刻胶为PMMA，刻蚀气体为氯气和三氯化硼，刻蚀时间为1～2min。其中，制备LED芯片电极的具体步骤包括：将进过制备第一纳米阵列结构步骤后的LED外延片刻蚀出台阶面，然后沉积N型和P型电极，退火后蒸镀绝缘保护层，得到具有电极的LED芯片。其中，制备第二阵列结构的具体步骤包括：采用有机试剂对具有电极的LED芯片中的蓝宝石衬底表面进行超声清洗，并烘干；旋涂第二光刻胶，曝光显影后得到具有第二纳米阵列结构图形的蓝宝石衬底；采用干法刻蚀对具有第二纳米阵列结构的蓝宝石衬底进行刻蚀，得到深紫外LED芯片。其中，第二纳米阵列结构为具有若干圆柱状凹槽的阵列结构，圆柱状凹槽直径为450～750nm，深度为500～1000nm，相邻圆柱状凹槽以正三角形方式进行阵列排布，且相邻圆柱状凹槽的圆心间距为800～1500nm；干法刻蚀为等离子体干法刻蚀，第二光刻胶为AZ4620，刻蚀气体为氯气和三氯化硼，刻蚀时间为3～5min。其中，封装的具体步骤包括：将深紫外LED芯片反向设置于支架底部，具有第二纳米阵列结构的蓝宝石衬底远离支架底部设置；将透镜设置于支架顶部，使深紫外LED芯片位于支架与透镜所围成的封闭空间中，得到双层光子晶体结构的倒装深紫外LED。本专利技术的有益效果是：区别于现有技术的情况，本专利技术提供了一种双层光子晶体结构的倒装深紫外LED及其制备方法，通过在深紫外LED的P型GaN接触层上设置第一纳米阵列结构，同时在蓝宝石衬底上设置第二纳米阵列结构，打破了现有的光提取效率上限，使深紫外LED的出光功率提升了一倍以上。附图说明图1是本专利技术中双层光子晶体结构的倒装深紫外LED一实施方式的结构示意图；图2是本专利技术中双层光子晶体结构的倒装深紫外LED一实施方式中深紫外LED芯片的结构示意图；图3是本专利技术中双层光子晶体结构的倒装深紫外LED一实施方式中第一纳米阵列结构和第二纳米阵列结构的排布方式示意图；图4是本专利技术中双层光子晶体结构的倒装深紫外LED制备方法一实施方式的工艺流程图；图5是本专利技术中双层光子晶体结构的倒装深紫外LED一实施方式的出光原理图：a为现有普通深紫外LED芯片，b为双层光子晶体结构的倒装深紫外LED芯片；图6是专利技术中双层光子晶体结构的倒装深紫外LED与现有普通深紫外LED的出光功率对比图；图中：1：支架；2：深紫外LED芯片；21：蓝宝石衬底；21a：第二纳米阵列结构；22：AlN缓冲层；23：超晶格层；24：N型AlGaN电子传输层；25：量子阱有源层；26：P型空穴传输层；27：P型GaN接触层；27a：第一纳米阵列结构；3：透镜。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本专利技术保护的范围。对于本专利技术提供的第一解决方案，请参阅图1～3，图1是本专利技术中双层光子晶体结构的倒装深紫外LED一实施方式的结构示意图，图2是本专利技术中双层光子晶体结构的倒本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双层光子晶体结构的倒装深紫外LED，其特征在于，包括支架、深紫外LED芯片和透镜，其中；/n所述透镜设置于所述支架顶部，且所述深紫外LED芯片位于所述支架与透镜所围成的封闭空间中；/n所述深紫外LED芯片设置于所述支架底部，所述深紫外LED芯片靠近所述支架底部的一侧表面设置有第一纳米阵列结构，所述深紫外LED芯片远离所述支架底部的一侧表面设置有第二纳米阵列结构。/n

【技术特征摘要】
1.一种双层光子晶体结构的倒装深紫外LED，其特征在于，包括支架、深紫外LED芯片和透镜，其中；
所述透镜设置于所述支架顶部，且所述深紫外LED芯片位于所述支架与透镜所围成的封闭空间中；
所述深紫外LED芯片设置于所述支架底部，所述深紫外LED芯片靠近所述支架底部的一侧表面设置有第一纳米阵列结构，所述深紫外LED芯片远离所述支架底部的一侧表面设置有第二纳米阵列结构。


2.根据权利要求1中所述的双层光子晶体结构的倒装深紫外LED，其特征在于，所述第一纳米阵列结构为具有若干圆柱状凹槽的阵列结构，所述圆柱状凹槽直径为200～400nm，深度为150～250nm，相邻所述圆柱状凹槽以正三角形方式进行阵列排布，且相邻所述圆柱状凹槽的圆心间距为800～1500nm；
所述第二纳米阵列结构为具有若干圆柱状凹槽的阵列结构，所述圆柱状凹槽直径为450～750nm，深度为500～1000nm，相邻所述圆柱状凹槽以正三角形方式进行阵列排布，且相邻所述圆柱状凹槽的圆心间距为800～1500nm。


3.根据权利要求2中所述的双层光子晶体结构的倒装深紫外LED，其特征在于，所述深紫外LED芯片包括蓝宝石衬底、AlN缓冲层、超晶格层、N型AlGaN电子传输层、量子阱有源层、P型空穴传输层、P型GaN接触层；
所述蓝宝石衬底上依次沉积所述AlN缓冲层、超晶格层、N型AlGaN电子传输层、量子阱有源层、P型空穴传输层以及P型GaN接触层，且所述P型GaN接触层上设置有所述第一纳米阵列结构，所述蓝宝石衬底上设置有所述第二纳米阵列结构。


4.一种如权利要求1～3中任一所述双层光子晶体结构的倒装深紫外LED的制备方法，其特征在于，步骤包括LED芯片外延生长、制备第一纳米阵列结构、制备LED芯片电极、制备第二阵列结构和封装；
所述LED芯片外延生长的具体步骤包括：采用MOCVD法，于蓝宝石衬底上依次沉积AlN缓冲层、超晶格层、N型AlGaN电子传输层、量子阱有源层、P型空穴传输层以及P型GaN接触层，得到LED外延片。


5.根据权利要求4中所述的双层光子晶体结构的倒装深紫外LED制备方法，其特征在于，所述制备第一纳米阵列结构的具体步骤包括：
采用有机试剂和酸碱试剂对所述LED外延片中的所述P型GaN接触层表面进行超声清洗，并烘干；
旋涂第一光刻胶，采用...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈谦，王昊，戴江南，陈长清，
申请(专利权)人：苏州紫灿科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32