专利名称：一种基于纳米压印的高出光效率led的制备方法
技术领域：
本发明涉及GaN基发光二极管(LED)，更具体地说，涉及一种基于纳米压印和多孔氧化铝技术的高出光效率GaN基LED的制备方法。
背景技术：
GaN基半导体发光二极管(LED)自发明以来在照明，显示屏，通讯设备等领域有着广泛的应用。随着LED应用的推广以及未来对节能环保的要求日益提高，获得高效率的GaN 基LED成为人们期待的目标。因为GaN具有高折射率(η 2. 5)系数，只有很少一部分(约 4% )光能从GaN基外延片表面逃逸出来。为了让更多的光逃逸出来，获得高效率的出光， 人们发展了光子晶体技术。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人造晶体。其特有的光子能带结构，可以使得在LED中传播的导播模式转化为辐射模式以增加LED的出光效率。最近几年也有许多这方面的报道，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(2009年)，Chia-Himg Hou等人的“用单层微球制作的二微孔阵列增加发光二极管的光输出”，应用物理快报，第95卷，第 133105-133107 页(2009 年)。光子晶体能够大大的提高LED的出光效率。但是光子晶体的制备通常是采用电子束光刻技术(EBL)。电子束曝光技术不但成本很高，而且效率非常低，无法应用于大规模的工业生产。采用纳米压印技术能够很好的解决这一难题。纳米压印技术是一种20纪90年代中期出现的微纳加工、制备新技术。它是一种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的方法。与传统的光刻技术相比，具有分辨率高等特点；与高分辨率的聚焦离子束光刻、电子束光刻、X射线光刻等技术相比，它又有产率高、成本低、可大规模生产等特点。利用纳米压印技术可以解决光子晶体LED产业化的难题。虽然纳米压印技术是一种低成本高效率的机械压印复制技术，但是它必须要有初模板才能复制。初模板一般使用电子束光刻技术制备，低效且费用昂贵。而且模板需要多次使用，容易损坏。现有的制作光子晶体LED的方式通常有三种1)使用电子束光刻(EBL)直接在 LED上制作光子晶体，成本昂贵，效率低下。2)利用紫外曝光光刻技术在LED上制作光子技术，同样成本昂贵，而且制作出来的光子晶体周期较大，光提取效率的提高偏低。3)常规纳米压印技术制作光子晶体。此技术成本低，效率高，适用于工业生产。但是其使用的模板通常要通过EBL来制作，成本高且容易磨损。阳极氧化铝(AAO)是一种成熟的纳米阵列结构材料，它的制备过程简单、成本低廉、微纳尺寸在一定范围可调，并且可以做到高度的规整，目前已有很成熟的制备工艺，可通过实验参数的调整获得所需的纳米孔径结构。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提出一种适用于大规模工业生产，低成本高效率的GaN基光子晶体LED的制备方法，采用阳极氧化铝作为模板，利用纳米压印技术来制备光子晶体LED，该方法中的AAO模板可以重复利用，从而解决初模板低效且费用昂贵，需要多次使用，容易损坏等问题。为达到上述目的，本发明采用的制备方法为一种基于纳米压印提高GaN基LED出光效率的方法，包括如下步骤(1)利用铝的阳极氧化方法制备纳米压印硬模板；(2)纳米压印硬模板防粘处理；(3)在目标片上旋涂一层光刻胶或热压胶得到目标片A ；(4)将上述纳米压印硬模板或纳米压印软模板和目标片A进行纳米压印；(5)脱模，将上述压印处理后的纳米压印模板(纳米压印硬模板和软模板的统称) 与目标片A分离，从而在上述的目标片A表层的光刻胶或热压胶上形成所需的图案，即得到目标片B;(6)电感耦合等离子体(ICP)刻蚀或者反应离子束(RIE)蚀刻，将上述图案转移到目标片上得到目标片C;(7)将目标片C经去胶、腐蚀、清洗、烘干等处理；得到目标片D ；(8)将目标片D经后续外延生长、蒸镀、减薄、制作0DR、封装等工艺即得所述光子晶体LED。本发明所述的纳米压印硬模板有3种，第1种为通孔AAO模板，首先在0. 1 0. 5mol/L的草酸、硫酸或磷酸溶液中采用两步电化学阳极氧化法在纯铝(99. 99%以上) 上制备尺寸即孔径、孔间距、孔深度可调的规整的阳极氧化铝AAO模板，阳极电压为20 200V，温度为0 15°C，第一步氧化时间为2 5小时，二步氧化时间为1 10分钟，经两步氧化后再在质量浓度为5%的H3P04中进行扩孔处理，最后将铝基底与氧化层相分离， 得到所需通孔氧化铝AAO硬模板；第2种为带有基底的AAO模板，首先在平整基片表面蒸镀一层铝膜，铝膜厚度 500nm 3um，然后在0. 1 0. 5mol/L的草酸、硫酸或磷酸溶液中采用两步电化学阳极氧化法，在表面铝膜上制备尺寸即孔径、孔间距、？L深度可调的规整的阳极氧化铝M0，阳极电压为 20 200V，温度为0 15°C，第一步氧化时间为2 40分钟，第二步氧化时间为1 10分钟， 经两步氧化后再在质量浓度为5%的H3PO4中进行扩孔处理，得到带有基底的MO硬模板；第3种为在上述带有基底的AAO模板的基础上经两步ICP或RIE刻蚀，将表面AAO 图案转移到基底表面，然后在5%的H3PO4中浸泡10分钟，再用去离子水反复冲洗，即得所需基底硬模板。本发明还可以将上述纳米压印模板经一次压印复制得到纳米压印软模板，软硬模板的形貌是互补的，对应到最后做到LED上时是互补的柱子和孔洞的形貌。本发明所述的纳米压印模板的尺寸可调。本发明所述的尺寸指孔径、孔间距和孔深度。本发明所述的目标片从下向上包括蓝宝石衬底、n-GaN、有源层、p-GaN、IT0中的一层或几层，且表面镀有Cr或SiO2金属和非金属掩膜，SiO2膜厚20nm 45nm，铬的厚度约为1Onm。本发明所述的纳米压印为紫外纳米压印或热纳米压印。本发明所述的紫外纳米压印，紫外光从GaN基外延片上表面或背面正入射，紫外光强为80mw/cm2。与现有技术相比，本发明的优势在于本发明提出了一种简便、易行、大尺寸、适合于大规模工业生产的纳米压印技术来制作GaN基光子晶体LED，提高其出光效率。本发明通过阳极氧化方法来制备纳米压印模板，此技术具有大尺寸、低成本、高效率等特点，进一步降低了制造光子晶体LED的成本，且能有效提高LED出光效率。
图1为纳米压印硬模板制作流程图
图2为纳米压印软模板制作流程图
图3、7、10、12、13、15、16、18 为所用目标片
图4为目标片表面无掩膜热纳米压印流程图
图5为p-GaN纳米结构LED示意图
图6为目标片表面无掩膜紫外纳米压印流程图
图8为目标片表面有掩膜热纳米压印流程图
图9为目标片表面有掩膜紫外纳米压印流程图
图11为n-GaN纳米结构LED示意图
图14为蓝宝石衬底纳米结构LED示意图
图17为ITO纳米结构LED示意图
图19为蓝宝石衬底、n-GaN、p-GaN和ITO纳米结构LED示意图
具体实施例方式以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述实施例一1、纳米压印模板的制备纳米压印模板包括硬模板和软模板，以下分别进行描述。硬模板的制备(1)首先在0. 1 0. 5mol/L的草酸、硫酸或磷酸溶液中采用两步电化学阳极氧化法在纯铝(99. 99%以上)上制备尺寸即孔径、孔间距、孔深度可调的规整的阳极氧化铝AAO模板，阳极电压为20 200V，温度为0 15°C，第一步氧化时间为2 5小时，第二步氧化时间为1 10分钟，经两步氧化后再在质量浓度为5%的H3PO4中进行扩孔处理，最后将铝基底与氧化层相分离，得到所需通孔氧化铝AAO硬模板，如图1(c)所示；(2)首先在平整基片表面蒸镀一层铝膜，铝膜厚度500nm 3um，然后在0. 1 0. 5mol/ L的草酸、硫酸或磷酸溶液中采用两步电化学阳极氧化法，在表面铝膜上制备尺寸即孔径、 孔间距、孔深度可调的规整的阳极氧化铝ΑΑ0，阳极电压为20 200V，温度为0 15°C，第一步氧化时间为2 40分钟，第二步氧化时间为1 10分钟，经两步氧化后再在质量浓度为5%&Η3Ρ04中进行扩孔处理，得到带有基底的AAO硬模板，如图1(e)所示；(3)在上述带有基底的AAO模板的基础上经两步ICP或RIE刻蚀，将表面AAO图案转移到基底表面，然后在5%的H3PO4中浸泡10分钟，再用去离子水反复冲洗，即得所需基底硬模板，如图1 (h)所示；软模板的制备首先对上述纳米压印模板，利用全氟辛基三氯硅烷 CF3 (CF2) 5 (CH2) 2SiCl3 或过氟奎基三氯硅烷 CF3 (CF2) 7 (CH2) 2SiCl3 等含有 Si ^ X3 (其中 X 为卤族元素)化学键的硅烷分子采用液相或者气相沉积的方式，在所述纳米压印模板表面和微结构内壁表面自组装一层单分子防粘层。之后分两种方式制备所需软模板(1)将上述防粘处理后的纳米压印模板与IPS(obdUCat AB公司产品)进行纳米压印，压印温度155°C， 压强40Bar，经45°C脱模可得所需IPS软模板，其表面图案与原纳米压印模板图案互补，如图2(c)所示(硬模板为通孔或者带有基底的都可以，这里以带有基底的为例)；( 首先将甲苯稀释的PDMS(60wt% )经两步旋涂法旋涂于上述防粘处理后的纳米压印模板表面， 第一步为500rpm，IOs ；第二步为3000rpm，45s。然后进行真空去气加压处理30分钟，之后 120°C热烘10分钟，最后再在表面旋涂一层PDMS，再经100°C热烘25分钟，室温脱模后即得所需PDMS软模板，如图2(g)所示(硬模板为通孔或者带有基底的都可以，这里以带有基底的为例)；2、目标片的制备先把蓝宝石衬底清洗干净，用金属有机化学气相沉积(M0V⑶)、分子束外延(MBE) 等半导体外延生长方法在蓝宝石衬底上依次生长不同的外延层，制得外延片，从而获得所需的目标片，该目标片从下往上至少包含蓝宝石衬底、N型层、有源层和P型层。如图3所示；3、勻胶在目标片表面旋涂一层mr-I7020E热压胶，首先在500rpm的速度下旋转 IOs,使热压胶均勻的在目标片表面铺开，然后在2000 5000rpm的速度下旋转45s，甩掉多余的热压胶，将热压胶减薄和均勻化。即得目标片A，如图4(a)所示；4、压印将上述目标片A与纳米压印模板进行热纳米压印，压印温度为95°C，压力 35Bar，45°C脱模。即得目标片B，如图4 (d)所示； 5、蚀刻以目标片B表面光刻胶为掩模，经两步ICP或RIE刻蚀将所述所述光刻胶表面图案转移到目标片表面。图4(e)为第一步刻蚀后的样片，图4(f)为第二步刻蚀后的样片，通过对蚀刻条件的控制，可获得满足需要的图形精度和深度，图4(f)即为目标片C ；6、后续处理将目标片C去胶、清洗、烘干得到目标片D，如图4(g)所示；7、将目标片D经后续光刻、蒸镀、减薄、制作0DR、封装等工艺即得所述光子晶体 LED，制作完电极后的LED芯片如图5所示。实施例二1、纳米压印模板的制备，纳米压印模板包括硬模板和软模板，制备过程与实施例1 相同。2、目标片的制备先把蓝宝石衬底清洗干净，用金属有机化学气相沉积(M0V⑶)、分子束外延(MBE) 等半导体外延生长方法在蓝宝石衬底上依次生长不同的外延层，制得外延片，从而获得所需的目标片，该目标片从下往上至少包含蓝宝石衬底、N型层、有源层和P型层。如图3所示；3、勻胶在目标片表面旋涂一层紫外可固化光刻胶STU2-120，首先在500rpm的速度下旋转10s，使热压胶均勻的在目标片表面铺开，然后在3000 4500rpm的速度下旋转 30s，甩掉多余的紫外压印胶，将紫外压印胶减薄和均勻化。即得目标片A，如图6(a)所示；4、压印将上述目标片A与纳米压印模板进行紫外纳米压印，紫外光从纳米压印模板上方正入射(此时要求所述纳米压印模板透光)，如图6 (cl)所示，或者从目标片A的背面入射(此时要求步骤3中所述的目标片表面未镀膜或者镀有透明掩膜)，如图6(c2)所示，紫外光强为80mW/cm2，曝光时间10 13分钟，压印温度为70°C，压力40Bar，45V脱模。 即得目标片B，如图6(d)所示；5、蚀刻以目标片B表面光刻胶为掩模，经两步ICP或RIE刻蚀将所述所述光刻胶表面图案转移到目标片表面。图6(e)为第一步刻蚀后的样片，图6(f)为第二步刻蚀后的样片，通过对蚀刻条件的控制，可获得满足需要的图形精度和深度，图6(f)即为目标片C ；6、后续处理将目标片C去胶、清洗、烘干得到目标片D，如图6(g)所示；7、将目标片D经后续光刻、蒸镀、减薄、制作0DR、封装等工艺即得所述光子晶体 LED，制作完电极后的LED芯片如图5所示。实施例三1、纳米压印模板的制备，纳米压印模板包括硬模板和软模板，制备过程与实施例1 相同。2、目标片的制备先把蓝宝石衬底清洗干净，用金属有机化学气相沉积(M0V⑶)、分子束外延(MBE) 等半导体外延生长方法在蓝宝石衬底上依次生长不同的外延层，制得外延片，最后在外延片表面蒸镀一层SW2或Cr，所蒸镀SW2掩膜厚度为20 45nm，Cr掩膜厚度约lOnm，从而获得所需的目标片，该目标片从下往上至少包含蓝宝石衬底、N型层、有源层、P型层以及S^2 或Cr掩膜。如图7所示；3、勻胶在目标片表面旋涂一层mr-I7020E热压胶，首先在500rpm的速度下旋转 IOs,使热压胶均勻的在目标片表面铺开，然后在2000 5000rpm的速度下旋转45s，甩掉多余的热压胶，将热压胶减薄和均勻化。即得目标片A，如图8(a)所示；4、压印将上述目标片A与纳米压印模板进行热纳米压印，压印温度为95°C，压力 35Bar，45°C脱模。即得目标片B，如图8 (d)所示；5、蚀刻以目标片B表面光刻胶为掩模，经三步ICP或RIE刻蚀将所述所述光刻胶表面图案转移到目标片表面。图8(e)为第一步刻蚀后的样片，图8(f)为第二步刻蚀后的样片，图8(g)为第三步刻蚀后的样片，通过对蚀刻条件的控制，可获得满足需要的图形精度和深度，图8(g)即为目标片C;6、后续处理将目标片C去胶、腐蚀、清洗、烘干得到目标片D，如图8(h)所示；7、将目标片D经后续光刻、蒸镀、减薄、制作ODR、封装等工艺即得所述光子晶体 LED，制作完电极后的LED芯片如图5所示。实施例四1、纳米压印模板的制备，纳米压印模板包括硬模板和软模板，制备过程与实施例1 相同。2、目标片的制备先把蓝宝石衬底清洗干净，用金属有机化学气相沉积(MOV⑶)、分子束外延(MBE)等半导体外延生长方法在蓝宝石衬底上依次生长不同的外延层，制得外延片，最后在外延片表面蒸镀一层SW2或Cr，所蒸镀SW2掩膜厚度为20 45nm，Cr掩膜厚度约lOnm，从而获得所需的目标片，该目标片从下往上至少包含蓝宝石衬底、N型层、有源层、P型层以及S^2 或Cr掩膜。如图7所示；3、勻胶在目标片表面旋涂一层紫外可固化光刻胶STU2-120，首先在500rpm的速度下旋转10s，使热压胶均勻的在目标片表面铺开，然后在3000 4500rpm的速度下旋转 30s，甩掉多余的紫外压印胶，将紫外压印胶减薄和均勻化。即得目标片A，如图9(a)所示；4、压印将上述目标片A与纳米压印模板进行紫外纳米压印，紫外光从纳米压印模板上方正入射(此时要求所述纳米压印模板透光)，如图9 (cl)所示，或者从目标片A的背面入射(此时要求步骤3中所述的目标片表面未镀膜或者镀有透明掩膜)，如图9(c2)所示，紫外光强为80mW/cm2，曝光时间10 13分钟，压印温度为70°C，压力40Bar，45V脱模。 即得目标片B，如图9(d)所示；5、蚀刻以目标片B表面光刻胶为掩模，经三步ICP或RIE刻蚀将所述所述光刻胶表面图案转移到目标片表面。图9(e)为第一步刻蚀后的样片，图9(f)为第二步刻蚀后的样片，图9(g)为第三步刻蚀后的样片，通过对蚀刻条件的控制，可获得满足需要的图形精度和深度，图9(g)即为目标片C;6、后续处理将目标片C去胶、腐蚀、清洗、烘干得到目标片D，如图9(h)所示；7、将目标片D经后续光刻、蒸镀、减薄、制作0DR、封装等工艺即得所述光子晶体 LED，制作完电极后的LED芯片如图5所示。实施例五1、纳米压印模板的制备，纳米压印模板包括硬模板和软模板，制备过程与实施例1 相同。2、目标片的制备先把蓝宝石衬底清洗干净，用金属有机化学气相沉积(MOV⑶)、分子束外延(MBE) 等半导体外延生长方法在蓝宝石衬底上依次生长不同的外延层，制得外延片，从而获得所需的目标片，该目标片从下往上至少包含蓝宝石衬底和N型层。如图10所示；3、勻胶在目标片表面旋涂一层mr-I7020E热压胶，首先在500rpm的速度下旋转 IOs,使热压胶均勻的在目标片表面铺开，然后在2000 5000rpm的速度下旋转45s，甩掉多余的热压胶，将热压胶减薄和均勻化。即得目标片A，如图4(a)所示；4、压印将上述目标片A与纳米压印模板进行热纳米压印，压印温度为95°C，压力 35Bar，45°C脱模。即得目标片B，如图4 (d)所示；5、蚀刻以目标片B表面光刻胶为掩模，经两步ICP或RIE刻蚀将所述所述光刻胶表面图案转移到目标片表面。图4(e)为第一步刻蚀后的样片，图4(f)为第二步刻蚀后的样片，通过对蚀刻条件的控制，可获得满足需要的图形精度和深度，图4(f)即为目标片C ；6、后续处理将目标片C去胶、清洗、烘干得到目标片D，如图4(g)所示；7、将目标片D经后续外延生长、光刻、蒸镀、减薄、制作ODR、封装等工艺即得所述光子晶体LED，制作完电极后的LED芯片如图11所示。实施例六1、纳米压印模板的制备，纳米压印模板包括硬模板和软模板，制备过程与实施例1
8相同。2、目标片的制备先把蓝宝石衬底清洗干净，用金属有机化学气相沉积(M0V⑶)、分子束外延(MBE) 等半导体外延生长方法在蓝宝石衬底上依次生长不同的外延层，制得外延片，从而获得所需的目标片，该目标片从下往上至少包含蓝宝石衬底和N型层。如图10所示；3、勻胶在目标片表面旋涂一层紫外可固化光刻胶STU2-120，首先在500rpm的速度下旋转10s，使热压胶均勻的在目标片表面铺开，然后在3000 4500rpm的速度下旋转 30s，甩掉多余的紫外压印胶，将紫外压印胶减薄和均勻化。即得目标片A，如图6(a)所示；4、压印将上述目标片A与纳米压印模板进行紫外纳米压印，紫外光从纳米压印模板上方正入射(此时要求所述纳米压印模板透光)，如图6 (cl)所示，或者从目标片A的背面入射(此时要求步骤3中所述的目标片表面未镀膜或者镀有透明掩膜)，如图6(c2)所示，紫外光强为80mW/cm2，曝光时间10 13分钟，压印温度为70°C，压力40Bar，45V脱模。 即得目标片B，如图6(d)所示；5、蚀刻以目标片B表面光刻胶为掩模，经两步ICP或RIE刻蚀将所述所述光刻胶表面图案转移到目标片表面。图6(e)为第一步刻蚀后的样片，图6(f)为第二步刻蚀后的样片，通过对蚀刻条件的控制，可获得满足需要的图形精度和深度，图6(f)即为目标片C ；6、后续处理将目标片C去胶、清洗、烘干得到目标片D，如图6(g)所示；7、将目标片D经后续外延生长、光刻、蒸镀、减薄、制作0DR、封装等工艺即得所述光子晶体LED，制作完电极后的LED芯片如图11所示。实施例七1、纳米压印模板的制备，纳米压印模板包括硬模板和软模板，制备过程与实施例1 相同。2、目标片的制备先把蓝宝石衬底清洗干净，用金属有机化学气相沉积(M0V⑶)、分子束外延(MBE) 等半导体外延生长方法在蓝宝石衬底上依次生长不同的外延层，制得外延片，最后在外延片表面蒸镀一层SW2或Cr，所蒸镀SW2掩膜厚度为20 45nm，Cr掩膜厚度约lOnm，从而获得所需的目标片，该目标片从下往上至少包含蓝宝石衬底、N型层以及SiO2或Cr掩膜。 如图12所示；3、勻胶在目标片表面旋涂一层mr-I7020E热压胶，首先在500rpm的速度下旋转 IOs,使热压胶均勻的在目标片表面铺开，然后在2000 5000rpm的速度下旋转45s，甩掉多余的热压胶，将热压胶减薄和均勻化。即得目标片A，如图8(a)所示；4、压印将上述目标片A与纳米压印模板进行热纳米压印，压印温度为95°C，压力 35Bar，45°C脱模。即得目标片B，如图8 (d)所示；5、蚀刻以目标片B表面光刻胶为掩模，经三步ICP或RIE刻蚀将所述所述光刻胶表面图案转移到目标片表面。图8(e)为第一步刻蚀后的样片，图8(f)为第二步刻蚀后的样片，图8(g)为第三步刻蚀后的样片，通过对蚀刻条件的控制，可获得满足需要的图形精度和深度，图8(g)即为目标片C;6、后续处理将目标片C去胶、腐蚀、清洗、烘干得到目标片D，如图8(h)所示；7、将目标片D经后续外延生长、光刻、蒸镀、减薄、制作ODR、封装等工艺即得所述光子晶体LED，制作完电极后的LED芯片如图11所示。实施例八1、纳米压印模板的制备，纳米压印模板包括硬模板和软模板，制备过程与实施例1 相同。2、目标片的制备先把蓝宝石衬底清洗干净，用金属有机化学气相沉积(M0V⑶)、分子束外延(MBE) 等半导体外延生长方法在蓝宝石衬底上依次生长不同的外延层，制得外延片，最后在外延片表面蒸镀一层SW2或Cr，所蒸镀SiA掩膜厚度为20 45nm，Cr掩膜厚度约lOnm，从而获得所需的目标片，该目标片从下往上至少包含蓝宝石衬底、N型层以及SiO2或Cr掩膜。 如图12所示；3、勻胶在目标片表面旋涂一层紫外可固化光刻胶STU2-120，首先在500rpm的速度下旋转10s，使热压胶均勻的在目标片表面铺开，然后在3000 4500rpm的速度下旋转 30s，甩掉多余的紫外压印胶，将紫外压印胶减薄和均勻化。即得目标片A，如图9(a)所示；4、压印将上述目标片A与纳米压印模板进行紫外纳米压印，紫外光从纳米压印模板上方正入射(此时要求所述纳米压印模板透光)，如图9 (cl)所示，或者从目标片A的背面入射(此时要求步骤3中所述的目标片表面未镀膜或者镀有透明掩膜)，如图9(c2)所示，紫外光强为80mW/cm2，曝光时间10 13分钟，压印温度为70°C，压力40Bar，45V脱模。 即得目标片B，如图9(d)所示；5、蚀刻以目标片B表面光刻胶为掩模，经三步ICP或RIE刻蚀将所述所述光刻胶表面图案转移到目标片表面。图9(e)为第一步刻蚀后的样片，图9(f)为第二步刻蚀后的样片，图9(g)为第三步刻蚀后的样片，通过对蚀刻条件的控制，可获得满足需要的图形精度和深度，图9(g)即为目标片C;6、后续处理将目标片C去胶、腐蚀、清洗、烘干得到目标片D，如图9(h)所示；7、将目标片D经后续外延生长、光刻、蒸镀、减薄、制作ODR、封装等工艺即得所述光子晶体LED，制作完电极后的LED芯片如图11所示。实施例九1、纳米压印模板的制备，纳米压印模板包括硬模板和软模板，制备过程与实施例1 相同。2、目标片的制备先把蓝宝石衬底清洗干净，用金属有机化学气相沉积(MOV⑶)、分子束外延(MBE) 等半导体外延生长方法在蓝宝石衬底上依次生长不同的外延层，制得外延片(此处未进行外延生长)，从而获得所需的目标片，该目标片至少包含蓝宝石衬底。如图13所示；3、勻胶在目标片表面旋涂一层mr-I7020E热压胶，首先在500rpm的速度下旋转 IOs,使热压胶均勻的在目标片表面铺开，然后在2000 5000rpm的速度下旋转45s，甩掉多余的热压胶，将热压胶减薄和均勻化。即得目标片A，如图4(a)所示；4、压印将上述目标片A与纳米压印模板进行热纳米压印，压印温度为95°C，压力 35Bar，45°C脱模。即得目标片B，如图4 (d)所示；5、蚀刻以目标片B表面光刻胶为掩模，经两步ICP或RIE刻蚀将所述所述光刻胶表面图案转移到目标片表面。图4(e)为第一步刻蚀后的样片，图4(f)为第二步刻蚀后的样片，通过对蚀刻条件的控制，可获得满足需要的图形精度和深度，图4(f)即为目标片C ；6、后续处理将目标片C去胶、清洗、烘干得到目标片D，如图4(g)所示；7、将目标片D经后续外延生长、光刻、蒸镀、减薄、制作0DR、封装等工艺即得所述光子晶体LED，制作完电极后的LED芯片如图14所示。实施例十1、纳米压印模板的制备，纳米压印模板包括硬模板和软模板，制备过程与实施例1 相同。2、目标片的制备先把蓝宝石衬底清洗干净，用金属有机化学气相沉积(M0V⑶)、分子束外延(MBE) 等半导体外延生长方法在蓝宝石衬底上依次生长不同的外延层，制得外延片(此处未进行外延生长)，从而获得所需的目标片，该目标片至少包含蓝宝石衬底。如图13所示；3、勻胶在目标片表面旋涂一层紫外可固化光刻胶STU2-120，首先在500rpm的速度下旋转10s，使热压胶均勻的在目标片表面铺开，然后在3000 4500rpm的速度下旋转 30s，甩掉多余的紫外压印胶，将紫外压印胶减薄和均勻化。即得目标片A，如图6(a)所示；4、压印将上述目标片A与纳米压印模板进行紫外纳米压印，紫外光从纳米压印模板上方正入射(此时要求所述纳米压印模板透光)，如图6 (cl)所示，或者从目标片A的背面入射(此时要求步骤3中所述的目标片表面未镀膜或者镀有透明掩膜)，如图6(c2)所示，紫外光强为80mW/cm2，曝光时间10 13分钟，压印温度为70°C，压力40Bar，45V脱模。 即得目标片B，如图6(d)所示；5、蚀刻以目标片B表面光刻胶为掩模，经两步ICP或RIE刻蚀将所述所述光刻胶表面图案转移到目标片表面。图6(e)为第一步刻蚀后的样片，图6(f)为第二步刻蚀后的样片，通过对蚀刻条件的控制，可获得满足需要的图形精度和深度，图6(f)即为目标片C ；6、后续处理将目标片C去胶、清洗、烘干得到目标片D，如图6(g)所示；7、将目标片D经后续外延生长、光刻、蒸镀、减薄、制作0DR、封装等工艺即得所述光子晶体LED，制作完电极后的LED芯片如图14所示。实施例i^一1、纳米压印模板的制备，纳米压印模板包括硬模板和软模板，制备过程与实施例1 相同。2、目标片的制备先把蓝宝石衬底清洗干净，用金属有机化学气相沉积(M0V⑶)、分子束外延(MBE) 等半导体外延生长方法在蓝宝石衬底上依次生长不同的外延层，制得外延片(此处未进行外延生长)，最后在外延片表面蒸镀一层SiA或&，所蒸镀SiA掩膜厚度为20 45nm， Cr掩膜厚度约lOnm，从而获得所需的目标片，该目标片从下往上至少包含蓝宝石衬底以及 SiO2或Cr掩膜。如图15所示；3、勻胶在目标片表面旋涂一层mr-I7020E热压胶，首先在500rpm的速度下旋转 IOs,使热压胶均勻的在目标片表面铺开，然后在2000 5000rpm的速度下旋转45s，甩掉多余的热压胶，将热压胶减薄和均勻化。即得目标片A，如图8(a)所示；4、压印将上述目标片A与纳米压印模板进行热纳米压印，压印温度为95°C，压力 35Bar，45°C脱模。即得目标片B，如图8 (d)所示；
5、蚀刻以目标片B表面光刻胶为掩模，经三步ICP或RIE刻蚀将所述所述光刻胶表面图案转移到目标片表面。图8(e)为第一步刻蚀后的样片，图8(f)为第二步刻蚀后的样片，图8(g)为第三步刻蚀后的样片，通过对蚀刻条件的控制，可获得满足需要的图形精度和深度，图8(g)即为目标片C;6、后续处理将目标片C去胶、腐蚀、清洗、烘干得到目标片D，如图8(h)所示；7、将目标片D经后续外延生长、光刻、蒸镀、减薄、制作0DR、封装等工艺即得所述光子晶体LED，制作完电极后的LED芯片如图14所示。实施例十二1、纳米压印模板的制备，纳米压印模板包括硬模板和软模板，制备过程与实施例1 相同。2、目标片的制备先把蓝宝石衬底清洗干净，用金属有机化学气相沉积(M0V⑶)、分子束外延(MBE) 等半导体外延生长方法在蓝宝石衬底上依次生长不同的外延层，制得外延片(此处未进行外延生长)，最后在外延片表面蒸镀一层SiA或&，所蒸镀SiA掩膜厚度为20 45nm， Cr掩膜厚度约lOnm，从而获得所需的目标片，该目标片从下往上至少包含蓝宝石衬底以及 SiO2或Cr掩膜。如图15所示；3、勻胶在目标片表面旋涂一层紫外可固化光刻胶STU2-120，首先在500rpm的速度下旋转10s，使热压胶均勻的在目标片表面铺开，然后在3000 4500rpm的速度下旋转 30s，甩掉多余的紫外压印胶，将紫外压印胶减薄和均勻化。即得目标片A，如图9(a)所示；4、压印将上述目标片A与纳米压印模板进行紫外纳米压印，紫外光从纳米压印模板上方正入射(此时要求所述纳米压印模板透光)，如图9 (cl)所示，或者从目标片A的背面入射(此时要求步骤3中所述的目标片表面未镀膜或者镀有透明掩膜)，如图9(c2)所示，紫外光强为80mW/cm2，曝光时间10 13分钟，压印温度为70°C，压力40Bar，45V脱模。 即得目标片B，如图9(d)所示；5、蚀刻以目标片B表面光刻胶为掩模，经三步ICP或RIE刻蚀将所述所述光刻胶表面图案转移到目标片表面。图9(e)为第一步刻蚀后的样片，图9(f)为第二步刻蚀后的样片，图9(g)为第三步刻蚀后的样片，通过对蚀刻条件的控制，可获得满足需要的图形精度和深度，图9(g)即为目标片C;6、后续处理将目标片C去胶、腐蚀、清洗、烘干得到目标片D，如图9(h)所示；7、将目标片D经后续外延生长、光刻、蒸镀、减薄、制作ODR、封装等工艺即得所述光子晶体LED，制作完电极后的LED芯片如图14所示。实施例十三1、纳米压印模板的制备，纳米压印模板包括硬模板和软模板，制备过程与实施例1 相同。2、目标片的制备先把蓝宝石衬底清洗干净，用金属有机化学气相沉积(MOV⑶)、分子束外延(MBE) 等半导体外延生长方法在蓝宝石衬底上依次生长不同的外延层，制得外延片，从而获得所需的目标片，该目标片从下往上至少包含蓝宝石衬底、N型层、有源层、P型层和ITO层。如图16所示；
3、勻胶在目标片表面旋涂一层mr-I7020E热压胶，首先在500rpm的速度下旋转 IOs,使热压胶均勻的在目标片表面铺开，然后在2000 5000rpm的速度下旋转45s，甩掉多余的热压胶，将热压胶减薄和均勻化。即得目标片A，如图4(a)所示；4、压印将上述目标片A与纳米压印模板进行热纳米压印，压印温度为95°C，压力 35Bar，45°C脱模。即得目标片B，如图4 (d)所示；5、蚀刻以目标片B表面光刻胶为掩模，经两步ICP或RIE刻蚀将所述所述光刻胶表面图案转移到目标片表面。图4(e)为第一步刻蚀后的样片，图4(f)为第二步刻蚀后的样片，通过对蚀刻条件的控制，可获得满足需要的图形精度和深度，图4(f)即为目标片C ；6、后续处理将目标片C去胶、清洗、烘干得到目标片D，如图4(g)所示；7、将目标片D经后续光刻、蒸镀、减薄、制作0DR、封装等工艺即得所述光子晶体 LED，制作完电极后的LED芯片如图17所示。实施例十四1、纳米压印模板的制备，纳米压印模板包括硬模板和软模板，制备过程与实施例1 相同。2、目标片的制备先把蓝宝石衬底清洗干净，用金属有机化学气相沉积(M0V⑶)、分子束外延(MBE) 等半导体外延生长方法在蓝宝石衬底上依次生长不同的外延层，制得外延片，从而获得所需的目标片，该目标片从下往上至少包含蓝宝石衬底、N型层、有源层、P型层和ITO层。如图16所示；3、勻胶在目标片表面旋涂一层紫外可固化光刻胶STU2-120，首先在500rpm的速度下旋转10s，使热压胶均勻的在目标片表面铺开，然后在3000 4500rpm的速度下旋转 30s，甩掉多余的紫外压印胶，将紫外压印胶减薄和均勻化。即得目标片A，如图6(a)所示；4、压印将上述目标片A与纳米压印模板进行紫外纳米压印，紫外光从纳米压印模板上方正入射(此时要求所述纳米压印模板透光)，如图6 (cl)所示，或者从目标片A的背面入射(此时要求步骤3中所述的目标片表面未镀膜或者镀有透明掩膜)，如图6(c2)所示，紫外光强为80mW/cm2，曝光时间10 13分钟，压印温度为70°C，压力40Bar，45V脱模。 即得目标片B，如图6(d)所示；5、蚀刻以目标片B表面光刻胶为掩模，经两步ICP或RIE刻蚀将所述所述光刻胶表面图案转移到目标片表面。图6(e)为第一步刻蚀后的样片，图6(f)为第二步刻蚀后的样片，通过对蚀刻条件的控制，可获得满足需要的图形精度和深度，图6(f)即为目标片C ；6、后续处理将目标片C去胶、清洗、烘干得到目标片D，如图6(g)所示；7、将目标片D经后续光刻、蒸镀、减薄、制作0DR、封装等工艺即得所述光子晶体 LED，制作完电极后的LED芯片如图17所示。实施例十五1、纳米压印模板的制备，纳米压印模板包括硬模板和软模板，制备过程与实施例1 相同。2、目标片的制备先把蓝宝石衬底清洗干净，用金属有机化学气相沉积(M0V⑶)、分子束外延(MBE) 等半导体外延生长方法在蓝宝石衬底上依次生长不同的外延层，制得外延片，最后在外延片表面蒸镀一层SW2或Cr，所蒸镀SW2掩膜厚度为20 45nm，Cr掩膜厚度约lOnm，从而获得所需的目标片，该目标片从下往上至少包含蓝宝石衬底、N型层、有源层、P型层、ITO层以及SiO2或Cr掩膜。如图18所示；3、勻胶在目标片表面旋涂一层mr-I7020E热压胶，首先在500rpm的速度下旋转 IOs,使热压胶均勻的在目标片表面铺开，然后在2000 5000rpm的速度下旋转45s，甩掉多余的热压胶，将热压胶减薄和均勻化。即得目标片A，如图8(a)所示；4、压印将上述目标片A与纳米压印模板进行热纳米压印，压印温度为95°C，压力 35Bar，45°C脱模。即得目标片B，如图8 (d)所示；5、蚀刻以目标片B表面光刻胶为掩模，经三步ICP或RIE刻蚀将所述所述光刻胶表面图案转移到目标片表面。图8(e)为第一步刻蚀后的样片，图8(f)为第二步刻蚀后的样片，图8(g)为第三步刻蚀后的样片，通过对蚀刻条件的控制，可获得满足需要的图形精度和深度，图8(g)即为目标片C;6、后续处理将目标片C去胶、腐蚀、清洗、烘干得到目标片D，如图8(h)所示；7、将目标片D经后续光刻、蒸镀、减薄、制作0DR、封装等工艺即得所述光子晶体 LED，制作完电极后的LED芯片如图17所示。实施例十六1、纳米压印模板的制备，纳米压印模板包括硬模板和软模板，制备过程与实施例1 相同。2、目标片的制备先把蓝宝石衬底清洗干净，用金属有机化学气相沉积(MOV⑶)、分子束外延(MBE) 等半导体外延生长方法在蓝宝石衬底上依次生长不同的外延层，制得外延片，最后在外延片表面蒸镀一层SW2或Cr，所蒸镀SW2掩膜厚度为20 45nm，Cr掩膜厚度约lOnm，从而获得所需的目标片，该目标片从下往上至少包含蓝宝石衬底、N型层、有源层、P型层、ITO层以及SiO2或Cr掩膜。如图18所示；3、勻胶在目标片表面旋涂一层紫外可固化光刻胶STU2-120，首先在500rpm的速度下旋转10s，使热压胶均勻的在目标片表面铺开，然后在3000 4500rpm的速度下旋转 30s，甩掉多余的紫外压印胶，将紫外压印胶减薄和均勻化。即得目标片A，如图9(a)所示；4、压印将上述目标片A与纳米压印模板进行紫外纳米压印，紫外光从纳米压印模板上方正入射(此时要求所述纳米压印模板透光)，如图9 (cl)所示，或者从目标片A的背面入射(此时要求步骤3中所述的目标片表面未镀膜或者镀有透明掩膜)，如图9(c2)所示，紫外光强为80mW/cm2，曝光时间10 13分钟，压印温度为70°C，压力40Bar，45V脱模。 即得目标片B，如图9(d)所示；5、蚀刻以目标片B表面光刻胶为掩模，经三步ICP或RIE刻蚀将所述所述光刻胶表面图案转移到目标片表面。图9(e)为第一步刻蚀后的样片，图9(f)为第二步刻蚀后的样片，图9(g)为第三步刻蚀后的样片，通过对蚀刻条件的控制，可获得满足需要的图形精度和深度，图9(g)即为目标片C;6、后续处理将目标片C去胶、腐蚀、清洗、烘干得到目标片D，如图9(h)所示；7、将目标片D经后续光刻、蒸镀、减薄、制作0DR、封装等工艺即得所述光子晶体 LED，制作完电极后的LED芯片如图17所示。
综合运用实施例一至十六所述的任两种或多种方法，可制得两层或多层光子晶体结构的LED，图19为在蓝宝石衬底、p-GaN、n-Gan和ITO均制作有光子晶体图案的LED结构示意图。运用上述方法，在倒装结构、垂直结构或其他衬底(非蓝宝石)LED上制备所述的光子晶体LED。
权利要求
1.一种基于纳米压印的GaN基LED制备方法，包括如下步骤(1)利用铝的阳极氧化方法制备纳米压印硬模板；(2)对所述纳米压印硬模板进行防粘处理；(3 )在目标片上旋涂一层光刻胶；(4)将上述纳米压印硬模板与目标片进行纳米压印；(5)脱模，将上述压印处理后的纳米压印模板与目标片分离，从而在所述目标片表层的光刻胶上形成所需的图案；(6)利用电感耦合等离子体(ICP)刻蚀或者反应离子束(RIE)蚀刻，将上述图案转移到目标片上；(7)将目标片经后续工艺处理，即可制得所述GaN基LED。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光刻胶为紫外可固化光刻胶，所述纳米压印为紫外纳米压印，所述紫外纳米压印中，紫外光从纳米压印硬模板上方正入射或者从目标片的背面入射。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述纳米压印还可以通过纳米压印软模板进行，其通过对所述纳米压印硬模板进行一次压印复制得到。
4.根据权利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，所述目标片表面蒸镀有Si02或Cr 掩膜。
5.根据权利要求1-4之一所述的方法，其特征在于，所述目标片为未进行外延生长的蓝宝石衬底片。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述目标片的蓝宝石衬底上还具有N型层、有源层和/或P型层。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述目标片的表面还可以镀有ITO层。
8.根据权利要求1-7之一所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述铝的阳极氧化通过在0. Γ0. 5mol/L的草酸、硫酸或磷酸溶液中，在铝片或者平整衬底表面蒸镀的铝膜上采用两步电化学阳极氧化法实现。
9.根据权利要求1-8之一所述的方法，其特征在于，所述纳米压印硬模板为阳极氧化铝AAO模板，其孔径、孔间距和孔深度可调。
10.根据权利要求1-9之一所述的方法，其特征在于，所述的方法适用于正装、倒装或垂直结构的LED芯片的制备。
全文摘要
本发明公开了一种基于纳米压印的GaN基LED制备方法，包括(1)利用铝的阳极氧化方法制备纳米压印模板；(2)对所述纳米压印模板进行防粘处理；(3)在目标片上旋涂一层光刻胶；(4)将上述纳米压印模板与目标片进行纳米压印；(5)将上述压印处理后的纳米压印模板与目标片分离，从而在所述目标片表层的光刻胶上形成所需的图案；(6)利用电感耦合等离子体(ICP)刻蚀或者反应离子束(RIE)蚀刻，将上述图案转移到目标片上；(7)将目标片经后续工艺处理，制得所述GaN基LED。本发明的方法简便易行，通过阳极氧化方法制备纳米压印模板，适合于大规模工业生产的纳米压印技术来制作高出光效率的GaN基光子晶体LED。
文档编号H01L33/00GK102157642SQ201110071200
公开日2011年8月17日 申请日期2011年3月23日 优先权日2011年3月23日
发明者刘 文, 吴小峰, 孙堂友, 张晓庆, 徐智谋, 王双保, 赵文宁 申请人:华中科技大学