一种发光二极管的制作方法与流程

本发明涉及半导体芯片制作的，更具体地，涉及一种发光二极管制作方法。

背景技术：

1、发光二极管(light-emittingdiode，简称led)作为一种将电能转化为光能的半导体电子器件，led以其工作电压低、工作电流很小、抗冲击和抗震性能好、可靠性高、寿命长、绿色环保等特点广泛应用于照明、手机/电视背光显示以及杀菌消毒等领域。

2、随着第三代半导体技术的蓬勃发展，半导体照明以节能、环保、高亮度、寿命长等优点，成为社会发展的焦点。基于gan(氮化镓)基的led芯片是半导体照明的“动力”，在近年来，其性能得到大幅提升、生产成本也不断降低，为半导体照明走进千家万户做出了突出贡献。但是，为加快杀菌消毒、手机/电视背光显示等高端应用，led器件还需进一步地提升光效，如何进一步提升led芯片的发光效率是本领域研究的热门课题。

3、因此，提供一种发光二极管制作方法以提升led芯片的发光效率是本领域亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：提供一种发光二极管制作方法，通过在p型半导体层上表面制作凹陷的圆柱形纳米孔和金属纳米颗粒，形成具有表面等离子体和周期性光栅结构的发光二极管，提升发光二极管的发光效率。

2、本发明公开了一种发光二极管的制作方法，其特征包含以下步骤：(1)在氢气环境下对衬底进行脱附处理，然后在衬底上依次外延生长缓冲层、n型半导体层、多量子阱层、p型半导体层；(2)在p型半导体层上表面制作凹陷的圆柱形纳米孔；(3)制作金属纳米颗粒，使金属纳米颗粒均匀平铺在p型半导体层以及圆柱形纳米孔上面，形成具有表面等离子体和周期性光栅结构的发光二极管，借助金属纳米颗粒的散射机制增加辐射光，进而提高发光效率。

3、进一步地，所述所述衬底为蓝宝石、硅、碳化硅、氮化镓、氮化铝适合外延生长的衬底。

4、进一步地，所述步骤(2)的制作凹陷的圆柱形纳米孔的方法为电子束曝光工艺技术和icp刻蚀工艺技术。

5、进一步地，所述圆柱形纳米孔的直径为400～500nm，圆柱形纳米孔的深度为60～80nm，相邻两个圆柱形纳米孔之间的间距为800～1000nm。

6、进一步地，所述金属纳米颗粒为ag纳米颗粒。

7、进一步地，所述金属纳米颗粒的直径为60～80nm。

8、进一步地，所述步骤(3)的制作金属纳米颗粒的方法有旋涂法或磁控溅射沉积或电子束热蒸发方法能将金属纳米颗粒均匀平铺在p型半导体层以及圆柱形纳米孔上面。

9、与现有技术相比，本发明的发光二极管制作方法实现了如下的有益效果：

10、1、由于从led内部多量子阱层发出的光在led外延层和空气界面发生严重的全内反射导致光子无法被有效提取，本发明采用光刻与刻蚀工艺技术在p型半导体层上表面制作凹陷的圆柱形纳米孔，纳米孔的直径(400～500nm)与led的发光波长接近，能更好地与光子耦合并将其衍射出器件，规律性排列的圆柱形纳米孔形成周期性光栅结构，能够有效地解决界面处全内反射问题，可以将led的光提取效率提高1.8～2.3倍。

11、2、本发明在表面带有纳米孔阵列的p型半导体层上表面涂敷直径60-80nm的银等离子体颗粒来增强辐射复合发光。当在led结构中引入金属纳米颗粒后，由于led有源区发射的光子会激发金属粒子表面形成较强的局域电磁场，当金属粒子的位置与发光中心接近时，激发的局域电磁场可以提高led有源区的光子态密度，进而提高器件的发光效率。银表面等离子体颗粒能够提高led器件的发光效率，通过对介质交界面设置圆柱形纳米孔周期性光栅结构，以及借助金属纳米粒子的散射机制进一步将表面等离子体波转化成辐射光，从而提高器件的光提取效率。

12、3、金属等离子体的震荡波长越接近led的发光波长，led有源区发射的光子和金属粒子的耦合程度就越强，发光强度就越高。由于铜、铝的震荡波长对相对于金和银材料更长因此对led光子的耦合程度较弱，金和银的等离子体震荡波长分别为537nm和436nm，因此本申请选择等离子震荡波长更接近led发光波段的银纳米粒子作为金属等离子体材料，银纳米粒子相比金、铜、铝纳米粒子更有利于提高led的发光强度。

13、当然，实施本发明的任一产品必不特定需要同时达到以上所述的所有技术效果。

14、通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

技术特征：

1.一种发光二极管的制作方法，其特征包含以下步骤：

2.根据权利要求1所述的发光二极管制作方法，其特征在于，所述衬底为蓝宝石、硅、碳化硅、氮化镓或氮化铝适合外延生长的衬底。

3.根据权利要求1所述的发光二极管的制作方法，其特征在于，所述步骤(2)的制作凹陷的圆柱形纳米孔的方法为电子束曝光工艺技术和icp刻蚀工艺技术。

4.根据权利要求1所述的发光二极管的制作方法，其特征在于，所述圆柱形纳米孔的直径为400～500nm，圆柱形纳米孔的深度为60～80nm，相邻两个圆柱形纳米孔之间的间距为800～1000nm。

5.根据权利要求1所述的发光二极管的制作方法，其特征在于，所述金属纳米颗粒为ag纳米颗粒。

6.根据权利要求1所述的发光二极管的制作方法，其特征在于，所述金属纳米颗粒的直径为60～80nm。

7.根据权利要求1所述的发光二极管的制作方法，其特征在于，所述步骤(3)的制作金属纳米颗粒的方法有旋涂法或磁控溅射沉积或电子束热蒸发方法能将金属纳米颗粒均匀平铺在p型半导体层以及圆柱形纳米孔上面。

技术总结
本发明公开一种发光二极管的制作方法，包含以下步骤：(1)在氢气环境下对衬底进行脱附处理，然后在衬底上依次外延生长缓冲层、n型半导体层、多量子阱层、p型半导体层；(2)在p型半导体层上表面制作凹陷的圆柱形纳米孔；(3)制作金属纳米颗粒，使金属纳米颗粒均匀平铺在p型半导体层以及圆柱形纳米孔上面，形成具有表面等离子体和周期性光栅结构的发光二极管，借助金属纳米颗粒的散射机制增加辐射光，进而提高发光效率。

技术研发人员：徐平,王建长,许亚兵
受保护的技术使用者：湘能华磊光电股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12