本发明专利技术公开了一种二维光子晶体结构GaN基LED的制备方法，包括首先在目标上旋涂一层紫外光刻胶，利用紫外软纳米压印将模板的二维光子晶体结构复制到光刻胶表面，刻蚀去掉残胶，在光子晶体紫外胶上蒸渡一层SiO2或Cr膜，经刻蚀在目标片上得到这种光子晶体图形，将所得的GaN经去胶、清洗、烘干处理即得光子晶体目标片，将所得的目标片进行后续工艺处理，即可完成器件的制作，得到高光提取效率的光子晶体GaN基LED。本发明专利技术的方法可以提高刻蚀的选择比，一定范围内可调节光子晶体得占空比，可克服LED芯片表面的不平整问题，较好地通过纳米压印技术制备光子晶体图案，适用于工业生产的GaN基光子晶体LED的制备。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及GaN基发光二极管(LED)，更具体地说，涉及以一种基于纳米压印技术制备GaN基LED的方法，属于光电子
技术介绍
自GaN基半导体发光二极管(LED)专利技术以来，其广泛应用于照明，显示屏，通讯设备等领域。伴随着全球对于节能需求的日益重视，LED照明技术以其较高的节能潜力，备受人们的重视。但是因为GaN是具有高折射率(η 2. 5)系数，只有很少一部分(约4%)光能从GaN基外延表面逃逸出来。目前，大功率GaN基LED其光提取效率较低，还需更多的该进。为了提高LED光提取效率，获得高效率的出光，人们发展了各种技术，光子晶体技术就是其中最受关注之一。光子晶体是由不同折射率的电介质材料周期性排列形成的晶体。其特有的光子能带结构，可以增大逸出光的光锥以增加出光效率。近几年，国内外的报道呈增加趋势。如 Jonathan J. Wierer等人的“高引出效率的III族N化物光子晶体发光二极管”，自然光子学，第3卷，第163-169页Q009年)Joung Chul Siin等人“纳米尺寸光子晶体对GaN-LED 光提取的影响”，量子电子学报，第9卷。第1375-1380页(2010年)。纳米压印技术是一种20世纪90年代中期出现的微纳加工新技术。它直接利用机械接触挤压，使被压印材料在模板和基底之间发生再分布形成所需图形，其分辨率高，可以压制10纳米级别的图形。光子晶体能够大大的提高LED的出光效率。目前，制备光子晶体的技术主要有电子束光刻、紫外曝光光刻技术和纳米压印技术。不过，电子束光刻技术成本极高，耗时长，不适合大规模的工业生产；而紫外曝光光刻技术其设备成本高，且有其技术上极限，分辨率有上限。纳米压印技术拥有效率高，成本低等特点，是一种具备工业化制备光子晶体LED前景的技术之一。一般的GaN外延片表面是不平整的。在普通的压印技术工艺(即勻胶、压印、去残胶、刻蚀等)下，获得的图形效果一般较差，如图1，也降低了光萃取效率的提高。不平整的 GaN表面，造成了勻胶的不平整。压印之后残胶厚度变得差别不一。这就使得在去残胶后掩膜的高度不一致，有高有低。刻蚀后，光子晶体图形较差，有的区域有光子晶体图形，而有的地方没有光子晶体图形，而且光子晶体图形也不均勻。
技术实现思路
本
技术实现思路
在于提供一种适用于工业生产的，占空比可调的，具有高刻蚀选择比的GaN基光子晶体LED的制备方法。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为一种二维光子晶体结构GaN基LED的制作方法，基于纳米压印技术提高GaN基LED 出光效率，该方法包括如下步骤(1)制备含有二维光子晶体图案的硬模板，并对硬模板进行防粘处理；(2)对所述硬模板进行纳米压印，将晶体图案转移至软模板上，在所述软模板上即得到与硬模板上的晶体图案互补的光子晶体图形；(3)在目标片上旋涂紫外光刻胶，再将上述软模板和目标片进行紫外纳米压印，脱模后，在所述目标片表层的光刻胶上形成所述光子晶体图形；(4)刻蚀到目标片的所述光子晶体图形底部，去除压印残胶；(5)在目标片上蒸渡一层Cr或Si02作为掩膜；(7)使用电感耦合等离子体(ICP)刻蚀或者反应离子束(RIE)蚀刻对目标片进行刻蚀，将所述光子晶体图形转移到目标片上；(8)再将经刻蚀后的目标片去胶、腐蚀、清洗和烘干处理，并进行后续工艺处理即可制得所述光子晶体结构LED。本专利技术的步骤(7)具体为第一步刻蚀Si02或Cr，即刻蚀掉光子晶体图形底部的Si02或者Cr，暴露出图形底部的目标片衬底；第二步ICP刻蚀，即以Si02或Cr，以及紫外胶为掩膜刻蚀目标片衬底，将所述光子晶体图形转移到目标片上。本专利技术的的目标片为蓝宝石衬底片，或者为在蓝宝石衬底片上生长至ρ-GaN层的 LED外延片，或生长至ITO层的LED外延片。本专利技术的在蓝宝石衬底片上生长至P-GaN层的LED外延片的具体制备过程为采用半导体外延生长方法在蓝宝石衬底(1)上依次沉积缓冲层(2)及半导体外延层，其中，所述半导体外延层从下往上至少包含N型层(3)、发光层(4)和P型层(5)。本专利技术的生长至ITO层的LED外延片具体制备过程为采用半导体外延生长方法在蓝宝石衬底(1)上依次沉积缓冲层( 及半导体外延层，其中，所述半导体外延层从下往上至少包含N型层(3)、发光层(4)、P型层(5)和ITO层(6)。本专利技术的所述硬模板为硅模板、多孔氧化铝模板(AAO)或者硅基板多孔氧化铝模板。本专利技术的硬模板的防粘处理过程为用含有Si ε X3化学键的硅烷分子采用液相或者气相沉积的方式，在纳米压印硬模板表面自组装一层单分子防粘层，其中X为卤族元O本专利技术的所述软模板为IPS软模板或PDMS软模板。本专利技术的所述的IPS软模板通过如下方式制备将经防粘处理后的硬模板与IPS 进行纳米压印，脱模后可得IPS软模板。本专利技术的所述的PDMS软模板通过如下方式制备将甲苯稀释的PDMS旋涂于上述防粘处理后的纳米压印硬模板表面，再炫图一层PDMS，热烘，室温脱模后即得所述PDMS软模板。本专利技术所述的光子晶体为二维光子晶体，周期为IOOnm lum，占空比为0. 3 0. 8。本专利技术所述的步骤(3)中，紫外胶的厚度为50nm 500nm。本专利技术所述的步骤(6)中，蒸渡SiO2或Cr可选用电子束蒸渡或者磁控溅射蒸渡， SiO2膜厚度50nm 500nm，铬的厚度为20nm lOOnm。4本专利技术所述的紫外光从GaN基外延片上方正入射，紫外光强为13w/cm2，曝光时间 5s_30so本专利技术的有益效果在于本专利技术提了一种基于纳米压印技术的具有高刻蚀选择比的方法制备光子晶体 LED,提高其光提取效率。与电子束光刻以及紫外曝光光刻技术相比，采用纳米压印技术制作光子晶体，其成本低，效率高，更适用于工业生产。但是因为LED外延片表面通常不平整， 纳米压印之后通过普通的刻蚀并不能保证大面积光子晶体区域都能转移到目标片上。本专利技术通过在压印之后再行镀膜的方式，以双层膜为掩膜，增加了刻蚀选择比，方便图形转移。本专利技术可以通过控制镀膜和刻蚀膜的参数调节光子晶体的占空比。在压印之后再镀膜，由于光子晶体图形的影响，在空气孔底部的膜厚整体比侧壁上的膜厚要薄。且空气孔底部的膜厚也不一样，越靠近侧壁的膜越厚，在孔底中央的地方其膜厚最薄。通过调整刻蚀参数，其空气孔直径可调W1 < d2)，晶格常数保持不变(a = a)，故可以获得不同的占空比光子晶体。实验表明能够获得大面积的光子晶体图形；光子晶体占空比一定范围内可调，进而提高LED出光效率。附图说明图1普通压印工艺制备的光子晶体SEM2(a)、图2(b)和图2(c)为光子晶体占空比可调原理示意3为硅模板制作流程4为多孔氧化铝(AAO)模板制作流程5为硅基多孔氧化铝模板制作流程6为纳米压印IPS软模板制作流程图 图7为纳米压印PDMS软模板制作流程8在目标片上制备光子晶体流程9P_GaN层上制备的光子晶体SEMIOP-GaN层制备的不同占空比的光子晶体SEMIlP-GaN层光子晶体LED结构示意12IT0层光子晶体结LED构示意13蓝宝石衬底光子晶体LED结构示意图具体实施例方式以下结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步描述实施案例1，包括如下步骤1、制备含有二维光子晶体图案的硬模板，并本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种二维光子晶体结构ＧａＮ基ＬＥＤ的制备方法，包括如下步骤：（１）制备含有二维光子晶体图案的硬模板，并对硬模板进行防粘处理；（２）对所述硬模板进行纳米压印，将晶体图案转移至软模板上，在所述软模板上即得到与硬模板上的晶体图案互补的光子晶体图形；（３）在目标片上旋涂紫外光刻胶，再将上述软模板和目标片进行紫外纳米压印，脱模后，在所述目标片表层的光刻胶上形成所述光子晶体图形；（４）刻蚀到目标片的所述光子晶体图形底部，去除压印残胶；（５）在目标片上蒸渡一层Ｃｒ或ＳｉＯ２作为掩膜；（７）使用电感耦合等离子体（ＩＣＰ）刻蚀或者反应离子束（ＲＩＥ）蚀刻对目标片进行刻蚀，将所述光子晶体图形转移到目标片上；（８）再将经刻蚀后的目标片去胶、腐蚀、清洗和烘干处理，并进行后续工艺处理即可制得所述光子晶体结构ＬＥＤ。
【技术特征摘要】
1.一种二维光子晶体结构GaN基LED的制备方法，包括如下步骤(1)制备含有二维光子晶体图案的硬模板，并对硬模板进行防粘处理；(2)对所述硬模板进行纳米压印，将晶体图案转移至软模板上，在所述软模板上即得到与硬模板上的晶体图案互补的光子晶体图形；(3)在目标片上旋涂紫外光刻胶，再将上述软模板和目标片进行紫外纳米压印，脱模后，在所述目标片表层的光刻胶上形成所述光子晶体图形；(4)刻蚀到目标片的所述光子晶体图形底部，去除压印残胶；(5)在目标片上蒸渡一层Cr或Si02作为掩膜；(7)使用电感耦合等离子体(ICP)刻蚀或者反应离子束(RIE)蚀刻对目标片进行刻蚀， 将所述光子晶体图形转移到目标片上；(8)再将经刻蚀后的目标片去胶、腐蚀、清洗和烘干处理，并进行后续工艺处理即可制得所述光子晶体结构LED。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤(7)具体为第一步刻蚀Si02或Cr，即刻蚀掉光子晶体图形底部的Si02或者Cr，暴露出图形底部的目标片衬底；第二步ICP刻蚀，即以Si02或Cr，以及紫外胶为掩膜刻蚀目标片衬底，将所述光子晶体图形转移到目标片上。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述的目标片为蓝宝石衬底片，或者为在蓝宝石衬底片上生长至P-GaN层的LED外延片，或生长至ITO层的LED外延片。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述在蓝宝石衬底片上生长至P-GaN层的LED外...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴小锋，徐智谋，刘文，孙堂友，李程程，赵文宁，王双保，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：83
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。