InGaN/GaN多量子阱单纳米柱LED器件及其制备方法_2

文档序号:9454665阅读:来源:国知局
米柱为掩模,通入(:12和Ar的混合气体,各向异性刻蚀P型氮化镓层、InxGa1 xN/GaN量子阱有源层、η型氮化镓层,形成贯穿ρ型氮化镓层、InxGa1 xN/GaN量子阱有源层,深至η型氮化镓层的纳米柱阵列,将样品放置在无机酸、碱溶液水浴去除刻蚀损伤,然后去除残余的绝缘层;
[0034]Α7、将获得的样品置于溶液中,采用超声法将纳米柱从衬底机械剥离,从而分散在溶剂中形成纳米柱悬浊液。
[0035]优选的,所述步骤E中的金属电极膜层为Ni/Au或Ti/Au双层或多层膜,所述步骤G中二次沉积的金属电极为Pt电极。
[0036]本发明的方法是制备纳米柱,分散到采用紫外光刻制作的金属电极膜上,运用双束聚焦离子束系统二次沉积金属电极,经过两次金属蒸镀获得了 ρ型GaN层/n型GaN层与金属电极膜的良好欧姆接触,从而实现了单根InGaN/GaN多量子阱纳米柱器件。以前单独使用聚焦离子束技术制作电极过程中,因考虑到后续电流注入测试方便,一般都采用Pt电极轰击时间长,沉积面积较大,厚度较厚的方案,这样会带来每根Pt线附近有很大的污染区,容易造成电极短路以及高能Ga例子注入及其引起的多量子阱有缘区缺陷的问题;对于本发明中使用二次沉积金属方式,在实现良好的欧姆接触的同时能够减小污染区,弱化Ga离子对纳米材料的影响,且能够大大节约加工成本,制作成功率高,工艺简化。本方法还可根据纳米柱本身的不同形状和尺寸进行设计所需电极图形,是一种实现相对简单、可靠性高的单根InGaN/GaN多量子阱纳米柱器件的方法。
【附图说明】
[0037]图1为本发明步骤Al中得到的InGaN/GaN多量子阱LED基片的结构示意图。
[0038]图2为本发明步骤Al中得到的InGaN/GaN多量子阱LED基片上沉积绝缘层的结构示意图。
[0039]图3为本发明步骤Al中得到的InGaN/GaN多量子阱LED上旋涂PMMA胶和紫外固化胶的结构示意图。
[0040]图4为本发明步骤A2中得到的紫外固化胶层上有序纳米柱阵列的结构示意图。
[0041]图5为本发明步骤A3中得到的PMMA层上有序纳米柱阵列的结构示意图。
[0042]图6为本发明步骤A4中得到的金属膜上有序纳米柱阵列的结构示意图。
[0043]图7为本发明步骤A5中得到的二氧化硅介质薄膜层上有序纳米柱阵列的结构示意图。
[0044]图8为本发明步骤A6中得到的InGaN/GaN多量子阱纳米柱阵列的结构示意图。
[0045]图9为本发明步骤B中得到的器件基片的结构示意图。
[0046]图10为本发明步骤C中得到的器件的结构示意图,其中基片上沉积有器件绝缘层。
[0047]图11为本发明步骤E中得到的器件的结构示意图,其中器件绝缘层上蒸镀有金属电极膜层。
[0048]图12为本发明的InGaN/GaN多量子阱单纳米柱LED器件的结构示意图,其中纳米柱放置于金属电极膜层上,未进行Pt电极的二次沉积。
[0049]图13为本发明的InGaN/GaN多量子阱单纳米柱LED器件的结构示意图,其中纳米柱放置于金属电极膜层上,且已进行Pt电极的二次沉积。
[0050]图14为图12的InGaN/GaN多量子阱单纳米柱LED器件的扫描电子显微图像。
[0051]图15为图13的InGaN/GaN多量子阱单纳米柱LED器件的扫描电子显微图像。
[0052]图16为实施例1中InGaN/GaN多量子阱单纳米柱LED器件的1-V特性曲线。
[0053]图17为实施例1中InGaN/GaN多量子阱单纳米柱LED器件的电致发光谱。
[0054]其中I代表η型GaN层,2代表量子阱有源层,3代表ρ型GaN层,4代表绝缘层,5代表PMMA胶层,6代表紫外固化胶层,7代表金属膜层,8代表器件基片,9代表器件绝缘层,10代表金属电极膜层,11代表二次沉积金属电极。
【具体实施方式】
[0055]实施例1
[0056]本InGaN/GaN多量子阱单纳米柱LED器件,其步骤包括:
[0057]Al、在In组分为0.3,发光波长为510nm,量子阱的周期数为10的InGaN/GaN多量子阱LED基片上生长一层300nm厚的S12绝缘层,将200nm厚的PMMA胶和30nm厚的紫外固化胶依次旋涂在S12绝缘层表面;InGaN/GaN多量子阱LED基片的P型GaN层的厚度为500nm,InGaN讲层的厚度为为3nm,GaN皇层的厚度为12nm,η型GaN层的厚度2um ;
[0058]A2、利用紫外软纳米压印技术,将事先制备好并做过防粘处理的软模板与器件紫外固化胶层表面紧密接触,在紫外灯下充分曝光使紫外固化胶固化,随后脱模,使软模板与器件表面分开,在器件表面的紫外固化胶层上形成有序纳米柱阵列;
[0059]A3、利用反应离子束刻蚀技术,通入CHFJP O 2的混合气体刻蚀紫外固化胶的残余层,然后以紫外固化胶为掩膜,利用RIE技术,通入02对PMMA层进行刻蚀,将纳米柱阵列结构转移至PMMA层;
[0060]A4、采用电子束蒸发技术,在PMMA层上蒸镀30nm厚的Ni金属膜层,随后将样品置于丙酮溶液浸泡或者超声剥离,剥离PMMA层从而得到大面积有序的金属纳米柱阵列;
[0061]A5、采用RIE技术,以金属纳米柱为掩模,通入CHFjP O 2的混合气体,各向异性刻蚀S12绝缘层,将金属纳米阵列结构转移至Si02绝缘层上,刻蚀参数:CHF 3和O 2流量分别为35sccm和5sccm,功率:100W,压强:3Pa,刻蚀时间:1min ;
[0062]A6、采用ICP技术,以S1^缘层纳米柱为掩模,通入Cl 2和Ar的混合气体,各向异性刻蚀P型氮化镓层、Ina3Gaa7N/GaN量子阱有源层、η型氮化镓层,形成贯穿ρ型氮化镓层、Ina3Gaa7N/GaN量子阱有源层,深至η型氮化镓层的纳米柱阵列,将样品放置在无机酸、无机碱溶液40摄氏度水浴加热5分钟去除刻蚀损伤,然后使用氢氟酸去除残余的绝缘层,刻蚀参数=CljPAr流量分别为18sccm和lOsccm,腔体气压:lOmTorr,DC偏压:300V,RF功率50W,ICP功率:200W,频率13.56MHz,刻蚀时间:7ff min,刻蚀完成的纳米柱高度2μπι ;
[0063]Α7、将获得的样品置于酒精中,采用超声法将纳米柱从衬底机械剥离,从而分散在酒精中形成纳米柱悬浊液;
[0064]B、选取具有良好表面平整度的硅片作为器件基片,清洗基片:采用丙酮、酒精、去离子水依次超声清洗,每个步骤各3?5分钟;
[0065]C、在器件基片上采用等离子增强化学气相沉积法沉积一层碳化硅层;
[0066]D、在碳化硅层上旋涂上光刻胶,光刻胶可选用ΑΖ5214或ΑΖ5100,紫外曝光制作出图形;
[0067]Ε、将完成光刻的样品放入电子束蒸发台内,在光刻胶上蒸镀一层金属电极膜层,金属电极膜层选用Ni/Au双层膜,将镀膜后的样品中置于丙酮溶液中浸泡,并辅以超声清洗,使光刻胶上的图形转移到金属膜上,在金属膜上形成缝隙;
[0068]F、将纳米柱悬浊液滴在样品的金属电极膜层上,然后烘烤,将纳米柱悬浊液的溶剂蒸干,使得纳米柱分散在基底上;
[0069]G、将样品放入聚焦离子束系统,选择合适的InGaN/GaN多量子阱纳米柱,在其两端与金属电极膜接触的部位离子束轰击二次沉积Pt电极,其中合适的InGaN/GaN多量子阱纳米柱是指:InGaN/GaN多量子阱纳米柱转移至具有沟槽图形的金属电极膜层并横跨沟槽,两端的η型GaN层和ρ型GaN层离两个不同隔离区域的金属电极膜的距离在10nm以内或直接接触两个不同隔离区域的金属电极膜,并且中间的InxGa1 xN/GaN量子阱有源层与金属电极膜隔离,二次沉积的Pt电极是为了连接ρ型GaN层/n型GaN层与样品的金属电极膜,其大小以能覆盖P型GaN层/n型GaN层顶端且不能越过ρ型GaN层/n型GaN层为准,沉积金属Pt由高能Ga离子与Pt的碳氢气体化合物作用生成,Pt金属尺寸为500nmX500nm,沉积高度约400nm,离子束流采用0.17nA,高压为5kV,沉积时间约为70秒;
[0070]H、将样品置于快速退火炉中,在氧气环境下退火,退火时间30秒,退火温度约为300。。。
[0071]
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