定域水平排列1DZnO微纳米结构阵列的LED的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种定域水平排列1DZnO微纳米结构阵列LED的制造方法，实现定域水平排列1DZnO微纳米结构阵列，其特征在于，制备梳理结构，利用梳理结构将图形化垂直排列的ZnO微纳米结构阵列转化为水平排列并且水平取向可控的1DZnO微纳米结构阵列。与现有技术相比，本发明利用梳理结构实现了垂直1DZnO微纳米结构阵列向水平取向可控排列的转换，从而可以获得大面积、批量化水平排列1DZnO微纳米结构阵列，其取向偏差角可达到0.3°到2.3°之间，为LED或者其他光电器件的集成、批量化制造提出了一种新的方法。
【专利说明】定域水平排列1D ZnO微纳米结构阵列的LED
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种定域水平排列ZnO微纳米结构阵列LED的制造方法。
【背景技术】
[0002]近年来，微纳米科学技术发展迅速，在产业化方面已经取得了不少进展。然而，实现高密度、规模化微纳米结构的批量操纵是实现芯片器件极具挑战性的关键因素之一。众所周知，利用光镊技术可以实现单个的微纳米结构操纵，然而大面积阵列的操纵是耗时的。实现芯片内高密度、规模化ID微纳米阵列特定对准取向制造是器件集成至关重要的挑战。直到现在，有少量的研究报道:通过限域生长、输送气体的流动等可实现水平排列的微米纳米结构阵列的制备。然而，目前还没有研究报告可实现P型氮化镓(GaN)上大面积ZnO微阵列在水平面内设定方向、周期性分布的操纵，并利用微米结构开发芯片内LED器件的潜在的功能。
【发明内容】
[0003]本发明要解决的技术问题是提供一种水平排列ZnO微纳米结构阵列LED的制造方法。
[0004]本发明是通过以下技术方案来实现:
[0005]定域水平排列ID ZnO微纳米结构阵列的制造方法，合成垂直排列的ZnO微纳米结构阵列，制备梳理结构，利用梳理结构将垂直排列的ZnO微纳米结构阵列转化为水平排列的ZnO微纳米结构阵列。
[0006]进一步在石英玻璃晶片旋涂I μ m厚的光刻胶，然后在95°C下烘焙5min，利用图形化的掩膜板进行真空和硬接触恒定UV曝光45s，经显影、氮气干燥、120°C下烘烤5min，在光刻胶表面形成与图形化ID ZnO微纳米结构阵列相匹配的凹槽，形成梳理结构，所述凹槽与垂直排列的ZnO微纳米结构--对应。考虑到实现直径更小的ZnO纳米结构(直径:10纳米?100纳米)阵列水平排列，梳理结构可采用分辨率较高的电子束胶(PMMA或者HSQ)。
[0007]进一步，梳理结构作为掩模板，垂直排列的ZnO微纳米结构阵列作为基片，将掩模板和基片装载到具有纳米压印功能的光刻机设备上，通过移动掩膜板装载结构可实现在平面内对梳理结构进行移动，利用基片装载结构可实现基片的调节，用标记在显微镜下实现垂直排列的ID ZnO微纳米结构阵列和梳理结构的对准，使得每一根垂直排列的ZnO微纳米结构顶部分别处于梳理结构的凹槽中，然后对梳理结构进行调节使得ZnO微纳米结构顶部完全处于梳理结构的凹槽中，通过微调梳理结构进而实现水平ZnO微纳米结构阵列在X，y或者同时调节X，I以实现ZnO微纳米结构阵列在水平面内的任意取向倾斜，通过在掩膜板装载结构上施加垂直力的作用力以实现ZnO微纳米结构的定域水平排列，最终形成不同取向水平排列的ID ZnO微纳米结构阵列。
[0008]进一步，首先在p-GaN/蓝宝石的p_GaN层上做掩膜图形:使用有机溶剂对p_GaN/蓝宝石进行清洗后用去离子水洗净，以3000rpm进行40秒的旋转速度厚度为10nm的PMMA,将其在180°C下烘烤2min，冷却至室温，然后将旋涂有电子束胶的p_GaN/蓝宝石装入电子束直写的腔室，用高压20KV、束斑10nm、束流0.279nA的光束进行曝光，曝光后，用MIBK/IPA显影，MIBK与IPA重量比为1:3，显影温度20°C，时间40秒，然后漂洗在异丙醇中漂洗30秒后用氮气干燥，然后在电子束胶图形化后的P-GaN/蓝宝石上利用水热法进行ZnO微纳米结构生长得到垂直排列的ID ZnO微纳米结构阵列。
[0009]进一步，向反应容器内加入0.02mol/L 的 Zn(CH3COO)2 和 0.02mol/L 的 C6H12N4 溶液，暴露的P-GaN层朝向反应容器底面，将反应容器置于烘箱中，保持在95°C保持16h，将得到的样品用IPA漂洗，并在临界点干燥仪中干燥，即完成图形化ID ZnO微纳米结构生长，得到垂直排列的ZnO微纳米结构阵列。
[0010]定域水平排列ID ZnO微纳米结构阵列的LED制造方法，利用PMMA填充水平排列的ID ZnO微纳米结构阵列间隙，利用氧等离子体实现水平排列ZnO微纳米结构顶部暴露出来，利用ITO导电层作为ZnO微纳米结构的电极，Ni/Au作为p-GaN层的欧姆接触电极，通过外电场驱动实现水平排列的ZnO微纳米结构阵列/p-GaN异质接LED的发光。
[0011]梳理结构技术可以实现任意其他垂直取向的ID微纳米结构到水平排列的微纳米结构阵列的转换，其制备的水平排列的微纳米结构阵列可用于其他光电器件的易复制、批量化制备。
[0012]与现有技术相比，本发明利用梳理结构实现了垂直ZnO微纳米结构阵列向水平排列ZnO微纳米结构阵列转换，得到的大面积、批量化水平排列ZnO微纳米结构阵列，其取向偏差角在0.3°到2.3°之间，为LED或者其他光电器件的集成制造提出了一种新的方法。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为垂直排列ID ZnO微纳米结构阵列向水平排列ID ZnO微纳米结构阵列转化示意图；
[0014]图2为梳理结构图；
[0015]图3为不同角度水平取向ID ZnO微米结构阵列排列示意图；
[0016]图4为ID水平排列ZnO微纳米结构阵列转/Ρ-GaN异质接LED示意图；
[0017]图5为ID水平排列ZnO微纳米结构阵列单独制作电极驱动示意图。
[0018]1:梳理结构，2:1D垂直排列ZnO微米结构，3:p_GaN层，4:蓝宝石基底，5:电极，6:ID ZnO微米结构，7:引线。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明:
[0020]1、制备垂直排列的ZnO微纳米结构阵列
[0021]在p-GaN/蓝宝石的p_GaN层上以3000rpm进行40秒的旋转速度厚度为10nm的PMMA,将p-GaN/蓝宝石装入EBL的DirectWrite腔室，并使用有机溶剂对p_GaN/蓝宝石进行清洗后用去离子水洗净，然后将其在180°C下烘烤2min，冷却至室温，用20千伏、10nm、0.279nA的光束进行曝光，曝光后，用MIBK/IPA显影，MIBK:1PA重量比为1:3，显影温度20°C，时间40秒，然后漂洗在异丙醇中漂洗30秒后用氮气干燥。
[0022]向反应容器内加入0.02mol/L的Zn(CH3COO)2和0.02mol/L的C6H12N4溶液，暴露的P-GaN层朝向反应容器底面，将反应容器置于烘箱中，保持在95°C 16h，将得到的样品用去离子水漂洗，并在烘箱中干燥即完成ZnO微纳米结构生长，得到垂直排列的ZnO微纳米结构阵列。
[0023]2、制备梳理结构
[0024]在石英玻璃晶片旋涂I μ m厚的光刻胶，然后在95°C下烘焙5min，利用图形化的掩膜板进行真空和硬接触恒定UV曝光45s，经显影、氮气干燥、120°C下烘烤5min，在光刻胶表面形成与ZnO微纳米结构相配合的凹槽，得到如图2所示的梳理结构。
[0025]3、制备水平排列的ZnO微纳米结构阵列
[0026]梳理结构作为掩模板，垂直排列的ZnO微纳米结构阵列作为基片，将掩模板和基片装载到纳米压印设备上，通过移动掩膜板装载结构可实现在平面内对梳理结构进行移动，利用基片装载结构可实现基片的调节，用标记在显微镜下实现垂直排列的ZnO微纳米结构和梳理结构的对准，使得每一根垂直排列的ZnO微纳米结构顶部分别处于梳理结构的凹槽中，然后对梳理结构调节使得ZnO微纳米结构顶部完全处于梳理结构的凹槽中，通过微调梳理结构进而实现水平ZnO微纳米结构阵列在X，y或者同时调节X，y以实现ZnO微纳米结构阵列在水平面内的任意取向倾斜，通过在掩膜板装载结构上施加垂直力的作用力以实现ZnO微纳米结构的水平排列，最终形成不同倾斜角度及水平排列的ID ZnO微纳米结构阵列，其过程如图1所示，通过调节梳理结构在水平面内X，y方向的移动可以实现90度和45度水平取向的ID ZnO微纳米结构阵列的不同取向，如图3所示。
[0027]4、制备 LED
[0028]定域水平排列ID ZnO微纳米结构阵列的LED制造方法，利用PMMA填充水平排列的ID ZnO微纳米结构阵列间隙，利用氧等离子体实现水平排列ZnO微纳米结构顶部暴露出来，利用ITO导电层作为ZnO微纳米结构的电极，Ni/Au作为p_GaN层的欧姆接触电极，通过外电场驱动实现水平排列的ZnO微纳米结构阵列/p-GaN异质接LED的发光，如图4所示。
[0029]定域水平排列的ID微纳米结构可以实现每一根微纳尺度结构电极的大面积制造，从而真正实现ID微纳米阵列的单独电驱动，如图5所示。
[0030]凡在不脱离本发明核心的情况下做出的简单的变形或修改均落入本发明的保护范围。
【权利要求】
1.定域水平排列IDZnO微纳米结构阵列的制造方法，合成垂直排列的ZnO微纳米结构阵列，其特征在于，制备梳理结构，利用梳理结构将垂直排列的ZnO微纳米结构阵列转化为水平排列的ZnO微纳米结构阵列。
2.根据权利要求1所述的定域水平排列IDZnO微纳米结构阵列的制造方法，其特征在于，在石英玻璃晶片旋涂Iym厚的光刻胶，然后在95°C下烘焙5min，利用图形化的掩膜板进行真空和硬接触恒定UV曝光45s，经显影、氮气干燥、120°C下烘烤5min，在光刻胶表面形成与图形化ID ZnO微纳米结构阵列相匹配的凹槽，形成梳理结构，所述凹槽与垂直排列的ZnO微纳米结构——对应。
3.根据权利要求1所述的定域水平排列IDZnO微纳米结构阵列的制造方法，其特征在于，梳理结构作为掩模板，垂直排列的ZnO微纳米结构阵列作为基片，将掩模板和基片装载到具有纳米压印功能的光刻机设备上，通过移动掩膜板装载结构可实现在平面内对梳理结构进行移动，利用基片装载结构可实现基片的调节，用标记在显微镜下实现垂直排列的ID ZnO微纳米结构阵列和梳理结构的对准，使得每一根垂直排列的ZnO微纳米结构顶部分别处于梳理结构的凹槽中，然后对梳理结构进行调节使得ZnO微纳米结构顶部完全处于梳理结构的凹槽中，通过微调梳理结构进而实现水平ZnO微纳米结构阵列在X，y或者同时调节X，y以实现ZnO微纳米结构阵列在水平面内的任意取向倾斜,通过在掩膜板装载结构上施加垂直力的作用力以实现ZnO微纳米结构的定域水平排列，最终形成不同取向水平排列的ID ZnO微纳米结构阵列。
4.根据权利要求1-3任一项所述的定域水平排列IDZnO微纳米结构阵列的制造方法，其特征在于，首先在P-GaN/蓝宝石的P-GaN层上做掩膜图形:使用有机溶剂对p_GaN/蓝宝石进行清洗后用去离子水洗净，以3000rpm进行40秒的旋转速度厚度为10nm的PMMAjf其在180°C下烘烤2min，冷却至室温，然后将旋涂有电子束胶的ρ-GaN/蓝宝石装入电子束直写的腔室，用高压20KV、束斑10nm、束流0.279nA的光束进行曝光，曝光后，用MIBK/IPA显影，MIBK与IPA重量比为1: 3，显影温度20°C，时间40秒，然后漂洗在异丙醇中漂洗30秒后用氮气干燥，然后在电子束胶图形化后的P-GaN/蓝宝石上利用水热法进行ZnO微纳米结构生长得到垂直排列的ID ZnO微纳米结构阵列。
5.根据权利要求4所述的定域水平排列IDZnO微纳米结构阵列的制造方法，其特征在于，向反应容器内加入0.02mol/L的Zn (CH3COO) 2和0.02mol/L的C6H12N4溶液，暴露的p_GaN层朝向反应容器底面，将反应容器置于烘箱中，保持在95°C保持16h，将得到的样品用IPA漂洗，并在临界点干燥仪中干燥，即完成图形化ID ZnO微纳米结构生长，得到垂直排列的ZnO微纳米结构阵列。
6.定域水平排列IDZnO微纳米结构阵列的LED制造方法，其特征在于，利用PMMA填充水平排列的ID ZnO微纳米结构阵列间隙，利用氧等离子体实现水平排列ZnO微纳米结构顶部暴露出来，利用ITO导电层作为ZnO微纳米结构的电极，Ni/Au作为p_GaN层的欧姆接触电极，通过外电场驱动实现水平排列的ZnO微纳米结构阵列/p-GaN异质接LED的发光。
【文档编号】H01L33/00GK104362231SQ201410733725
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年12月5日 优先权日:2014年12月5日
【发明者】郭振 申请人:中国科学院苏州生物医学工程技术研究所