一种镶嵌式TiO2纳米棒簇周期阵列提高LED发光效率的方法与流程

文档序号:14750085发布日期:2018-06-22 12:00阅读:来源:国知局
技术特征:

1.一种镶嵌式TiO2纳米棒簇周期阵列提高LED发光效率的方法,其特征是,将TiO2纳米棒簇周期性镶嵌入p型GaN,TiO2纳米棒簇和GaN结合力大幅提升,将TiO2纳米棒簇周期性地镶嵌在ITO电流扩展层和p型GaN层之间来提高LED发光效率,通过TiO2纳米棒图形阵列的光散射作用增加光的提取,同时利用TiO2纳米棒阵列图形之间且生长在p型GaN层上的ITO网络结构来兼顾高的扩展电流,在显著提高LED的发光效率同时也保持良好的电学性能,具体包括以下步骤:

(1)采用金属有机化学气相沉积法(MOCVD)在衬底(平面蓝宝石衬底、图形蓝宝石衬底、硅衬底或碳化硅衬底)上依次外延生长u型GaN缓冲层、n型GaN层、多量子阱有源区和p型GaN层,形成完整的LED外延结构,得到外延片;

(2)制备光刻胶和SiO2双层周期孔图形模板:在外延片的p型GaN上利用等离子体气相沉积法蒸镀一层SiO2,通过光刻工艺在SiO2层上制作光刻胶周期孔图形模板,以光刻胶为模板用HF溶液腐蚀SiO2层,制备SiO2周期孔图形,得到光刻胶和SiO2双层周期孔图形模板;

(3)刻蚀p型GaN周期孔:以光刻胶和SiO2双层周期孔图形为模板通过等离子体刻蚀(ICP)设备干法刻蚀p型GaN,得到20-200nm深的p型GaN周期孔。

(4)制作周期排布的镶嵌式TiO2种子层:光刻胶和SiO2为模板和保护层,在外延片表面蒸镀一层5nm-250nm厚的钛,钛附着在光刻胶表面和p型GaN周期孔中,再通过剥离光刻胶,整个外延片仅p型GaN周期孔中附着钛,然后在400℃-600℃下煅烧1小时-5小时,使钛转变成为TiO2,得到周期排布p型GaN孔中的TiO2种子层,由于TiO2种子层在p型GaN孔中是镶嵌式分布,TiO2在p型GaN上粘附性得到很大提高,TiO2不易剥落;或者在在外延片表面直接磁控溅射一层10nm-200nm厚的TiO2,再通过剥离光刻胶,得到周期排布p型GaN孔中的TiO2种子层;

(5)用酸热法生长TiO2纳米棒簇图形阵列,将40mL浓度3M-8M的HCl溶液倒入高压釜中,加入0.15mL-8mL钛源(钛酸四丁酯、三氯化钛或四氯化钛等),搅拌2分钟-10分钟,制成混合溶液;将带有周期排布的镶嵌式TiO2种子层的外延片放入混合溶液中,以与水平面呈40-90度的倾斜状态斜靠在高压釜的内衬壁上,在120℃-220℃下反应1小时-16小时(周期排布镶嵌式TiO2种子层上会生长出TiO2纳米棒簇阵列,没有TiO2种子层的p-GaN上由于晶格失配大不会生长TiO2纳米棒),然后冷却到室温,用去离子水多次清洗外延片,用HF酸腐蚀去除SiO2为模板,得到长有镶嵌入p型GaN的TiO2纳米棒簇图形阵列的LED外延片;

(6)在生长有镶嵌式TiO2纳米棒簇图形阵列的LED外延片表面溅射或蒸镀一层100-400nm的ITO电流扩展层(溅射在没有生长TiO2纳米棒簇的p-GaN表面区域的ITO会形成电流扩展网络)。

(7)制作成具有p电极和n电极完整结构的同面电极LED管芯。

2.根据权利要求1所述的镶嵌式TiO2纳米棒簇周期阵列提高LED发光效率的方法,其特征是,所述步骤(4)中,TiO2种子层是周期性排镶嵌在p型GaN周期孔中,TiO2种子层厚度是5nm-250nm,p型GaN周期孔深度是20-200nm,直径是100nm-100μm,周期间隔为0.1μm-100μm;所述步骤(5)中的TiO2纳米棒簇图形阵列的排列方式是六方周期排列、四方周期排列或其它周期排列,一簇TiO2纳米棒阵列的直径为100nm-100μm;图形形状为圆形、正方形、六角形或三角形,周期间隔为0.1μm-100μm;TiO2纳米棒的直径为10nm-500nm,TiO2纳米棒的高度为0.2μm-10μm。

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