本发明专利技术公开了一种含左手材料的LED反光镜晶体及制备方法。结构特点包括：（1）反光镜底部为一层电流扩散层；（2）反光镜结构为一层右手材料和一层左手材料交替排列;（3）左手材料层中的空隙为渔网结构，并且填充固态增益材料，以减小损耗，增强左手材料的性能；（4）反光镜的基底材质为导电金属。制备工艺方面将电子束刻蚀、电子束蒸镀、干法刻蚀（ICP、RIE）这些精度较高的工艺结合起来制备该LED反光镜，以提高反光镜的性能。本发明专利技术LED反光镜晶体由于是左手材料和右手材料交替叠落的光子晶体结构，可以降低光强损耗，提高反射效率，从而提高LED的发光效率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光电子器件制备技术，特别涉及一种作为反光镜的LED外延芯片结构及制备方法。
技术介绍
半导体发光二极管(Light Emitting Diode, LED)在信号显示、背光源和固态照明领域有着极其广泛的应用，尤其以III一V族化合物氮化镓(GaN)材料为基础的LED应用较多，具有高亮度、低能耗、长寿命、响应速度快等特点。垂直结构LED (Vertical LightEmitting Diode，VLED)相对于水平结构LED，具有散热性能好，发光效率高，寿命长等优势，因此是LED重要的发展方向。自John和Yabolonivitchl987年提出光子晶体的概念以来，光子晶体不仅成为微纳光电子学和量子光学的重要研究领域，而且在信息光学以及其他多个学科中得到广泛应用。光子晶体的典型特点是具有光子带隙，能够有效的控制光子(电磁波)传播的频率和方向，并且具有低损耗的优势。1967年，前苏联物理学家Veselago提出了一种左手材料(Left-handedmaterial，简称LHM)的概念，这种材料的介电常数ε和磁导率μ均为负值，电场、磁场和波矢之间构成左手关系，折射率为负值，所以也称为负折射率材料(negative index ofrefraction material,简称 NIM)。2001 年,美国加州大学 San Diego 分校的 David Smith等物理学家利用以铜为主的复合材料首次制造出微波波段的左手材料，之后左手材料吸引了越来越多的关注，发展迅猛。2003年与2006年，美国《科学》杂志两次评选左手材料为年度全球十大科学进展之一。左手材料作为一种特殊的材料可以在微波器件，完美透镜、军事隐身以及信息通讯等领域发挥巨大的作用。由右 手材料制备的光子晶体存在带宽窄的缺点，限制了光子晶体的性能和应用。浙江大学(Wang ZY, Chen XM, et al.Photonic crystal narrow filterswithnegative refractive index structuraldefects.Progress in ElectromagneticsResearch, PIER, 2008, 80，421)提出含左手材料的光子晶体的带隙要比传统的光子晶体要大得多，并具有狭窄的透射带。美国Purdue大学(Shumin Xiao, VladimirP.Drachevjet al.Loss-free and active optical negative-1ndexmetamaterials.Nature.2010，466，735)提出在左手材料中加入增益材料有利于减少光强损耗，加强谐振效应，提高左手材料的性能。Gunnar Dolling(Gunnar Dolling, Christian Enkrich.Simultaneous Negative Phaseand Group Velocity of Lightin a Metamaterial.Science.2006,312,892)提出纳米量级的渔网型结构可以产生左手材料的特性，可代替传统的金属开口谐振环阵列(SRRs)结构，简化工艺流程。以上文献涉及的是对左手材料以及由左右手材料构成的光子晶体特性的研究，并不涉及其在LED中的应用。以往的专利中涉及的是左手材料的制备工艺，并不涉及含左右手材料的光子晶体结构的设计和制备，也不涉及在LED中的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种含左手材料的LED反光镜晶体结构及制备工艺，以降低光强损耗，提高反射效率，从而提高LED的发光效率。为达到以上目的，本专利技术是采取如下技术方案予以实现的:一种含左手材料的LED反光镜晶体:从上至下依次包括n-GaN层、多量子阱有源层、P-GaN层，其特征在于，在p-GaN层下面设置一电流扩散层，该电流扩散层下面设置不少于三层的导电金属层，最后一层导电金属层的下面设置一键合金属层，其中，各导电金属层结合面上设置有矩形腔排布的阵列，所有矩形腔中填充固态增益材料，形成左手材料区域A，同一导电金属层中没有矩形腔阵列的平面区域为右手材料区域B，左手材料区域A与右手材料区域B交替叠落；所述各矩形腔周长为120 600nm ;阵列的单位距离U、L2不超过250nmo上述方案中，所述矩形腔的周长为160 320nm ;阵列的单位距离L1=L2,均取120nm 180nm。所述电流扩散层由ITO或石墨烯制成。所述导电金属层由Ag、Al、Au或Cu制成。所述键合金属层由Cu或Cu/W合金制成。所述固态增益材料为环氧树脂。前述含左手材料的LED反光镜晶体的制备方法，其特征在于:包括下述步骤:(I)在LED外延芯片的p-GaN层表面沉积一层厚度在10 20nm的电流扩散层；(2)在电流扩散层上沉积 一层厚度在20 60nm的导电金属层；(3)在导电金属层上表面刻蚀深度为15 25nm、周长为120 600nm的矩形腔阵列，阵列的单位距离Lp L2不超过250nm ；(4)在导电金属层表面沉积一层固态增益材料，填满刻蚀的矩形腔阵列；(5)米用干法刻蚀的方法将导电金属层表面修平；(6)重复步骤(2) (5)至少3次，使导电金属层的总厚度不超过300nm ；(7 )在最后一层导电金属层上进行键合，最后将LED外延芯片的蓝宝石衬底剥离。上述方法中，所述步骤(I)中电流扩散层的沉积采用热蒸发的方式。所述步骤(2 )中导电金属层的沉积采用电子束蒸镀方式，导电金属为Al、Ag、Au、或Cu。所述步骤(3)中矩形腔阵列刻蚀采用电子束刻蚀方式。本专利技术含左手材料的LED反光镜晶体制备工艺的优点如下:1、采用干法刻蚀以及电子束蒸镀的方式，相对于其他的制备工艺，具有更高的精度。到目前为止，电子束刻蚀的精度可以控制在IOnm之内，电子束沉积工艺可以控制在Inm范围内。制备精度的提闻，有利于分析、控制和提闻LED反光镜的性能；2、在p-GaN表面制备反光镜，不会破坏LED芯片的外延结构，保证了 LED芯片的质量。3、将金属层分成多次沉积，便于调控左手材料的结构与性能。采用本专利技术方法制备的LED反光镜晶体的结构优点是:1、底部为一层电流扩散层，可防止电流拥堵，且工艺成熟。2、反光镜的基底材质为导电金属(Al、Ag、Au、Cu)，减少了对LED的电学性能的影响，而且便于左手材料的制备。3、该反光镜晶体结构为一层右手材料和一层左手材料交替排列,其光子带隙比传统的光子晶体宽，使光的反射率明显提闻。4、左手材料区域为渔网结构，并且填充固态增益材料，可以减小损耗，增强左手材料的性能。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步的详细说明。图1是本专利技术含左手材料的LED反光镜晶体结构示意图。图2是图1左手材料区域A表面的平面俯视图。图3是图1结构的制备工艺流程图。图4是按本专利技术制备工艺的外延晶体结构状态变化图。其中:a图为原始LED的外延芯片；b图为沉积一层ITO的结构；c图为沉积一层Ag后的结构；d图为电子束刻蚀后的结构；e图为增益材料填充后的结构；f图为左手材料表面修平后的结构；g图为沉积多层左右手材料的结构；h图为键合后的结构；i图为芯片倒置后的结构；j图为激光剥离后的结构本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种含左手材料的LED反光镜晶体：从上至下依次包括n?GaN层、多量子阱有源层、p?GaN层，其特征在于，在p?GaN层下面设置一电流扩散层，该电流扩散层下面设置不少于三层的导电金属层，最后一层导电金属层的下面设置一键合金属层，其中，各导电金属层结合面上设置有矩形腔排布的阵列，所有矩形腔中填充固态增益材料，形成左手材料区域A，同一导电金属层中没有矩形腔阵列的平面区域为右手材料区域B，左手材料区域A与右手材料区域B交替叠落；所述各矩形腔周长为120～600nm；阵列的单位距离L1、L2不超过250nm。
【技术特征摘要】
1.一种含左手材料的LED反光镜晶体:从上至下依次包括n-GaN层、多量子阱有源层、P-GaN层，其特征在于，在p-GaN层下面设置一电流扩散层，该电流扩散层下面设置不少于三层的导电金属层，最后一层导电金属层的下面设置一键合金属层，其中，各导电金属层结合面上设置有矩形腔排布的阵列，所有矩形腔中填充固态增益材料，形成左手材料区域A，同一导电金属层中没有矩形腔阵列的平面区域为右手材料区域B，左手材料区域A与右手材料区域B交替叠落；所述各矩形腔周长为120 600nm ;阵列的单位距离U、L2不超过250nmo2.如权利要求1所述的含左手材料的LED反光镜晶体，其特征在于，所述矩形腔的周长为160 320nm ;阵列的单位距离L1=L2,均取120nm 180nm。3.如权利要求1所述的含左手材料的LED反光镜晶体，其特征在于，所述电流扩散层由ITO或石墨烯制成。4.如权利要求1所述的含左手材料的LED反光镜晶体，其特征在于，所述导电金属层由Ag、Al、Au 或 Cu 制成ο5.如权利要求1所述的含左手材料的LED反光镜晶体，其特征在于，所述键合金属层由Cu或Cu/W合金制成。6.如权利要求1所述的含左手材料的LED反光镜晶体，其特征在于，所述固态增益材料...
【专利技术属性】
技术研发人员：云峰，赵宇坤，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：
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。