本發(fā)明屬于半導體，具體涉及一種提升亮度的發(fā)光二極管制備方法。

背景技術：

1、發(fā)光二極管(light-emitting?diode，led)是一種將電能轉化為光能的半導體電子器件。led作為一種高效、環(huán)保、綠色新型固態(tài)照明光源，已經(jīng)被廣泛應用于交通信號燈、汽車燈、室內(nèi)外照明、顯示屏。除了照明，led的應用也已經(jīng)涉及到其他各領域，包括除菌、醫(yī)學治療、生物醫(yī)藥、高分子印刷術、條碼驗證、體液檢測鑒別和分析、積水殺菌以及光學傳感器等儀器。

2、現(xiàn)階段led在顯示屏、除菌、醫(yī)學治療、高分子印刷術等中高端應用領域時光電轉換效率依然比較低。如果能夠提升其發(fā)光效率，led將會迎來更大的發(fā)展空間。

3、因此，提供一種提升亮度的發(fā)光二極管制作方法，提升led的發(fā)光效率，以滿足led的應用需要，是本技術領域亟待解決的技術問題。

技術實現(xiàn)思路

1、本申請通過在多量子阱層內(nèi)部形成ag納米顆粒和空氣腔結構，利用ag納米顆粒產(chǎn)生的局域表面等離子體頻率與多量子阱進行有效耦合，進而實現(xiàn)led發(fā)光效率的增強，同時利用空氣腔對光子的折射和反射改變多量子阱產(chǎn)生的光子的傳播路徑，進一步提升發(fā)光效率。

2、本發(fā)明公開了一種提升亮度的發(fā)光二極管制備方法，其特征包含以下步驟：

3、步驟一、將襯底片放入mocvd反應室中進行脫附處理；

4、步驟二、在襯底上依次生長aln緩沖層、u-gan層、si重摻雜n-gan層、si輕摻雜n-gan層；

5、步驟三、在si輕摻雜n-gan層上生長ingan/gan應力調(diào)節(jié)層，生長過程中控制in原子摩爾含量漸變減少，以減少材料生長過程中的應力；

6、步驟四，在ingan/gan應力調(diào)節(jié)層上生長多量子阱層；

7、步驟五，將生長有多量子阱層的襯底片從mocvd反應室中取出，首先通過光刻工藝在多量子阱層表面上形成圓形圖案，再通過icp刻蝕工藝對光刻后的圖形進行刻蝕，以在多量子阱層上形成孔洞；

8、步驟六、在多量子阱層上的孔洞中填充ag納米顆粒，并且控制孔洞上方未被ag納米顆粒填充的部分的體積為孔洞總體積的三分之一至二分之一之間，具體為：

9、采用旋涂法將ag納米顆粒填充進孔洞當中，并使ag納米顆粒附著在孔洞側壁上與多量子阱進行無距離接觸，然后使用酒精棉簽對多量子阱層的表面進行擦拭，確保沒有殘余的ag納米顆粒留在多量子阱層表面，并且孔洞當中的ag納米顆粒得以有效保留，以減少光輸出的損耗。

10、步驟七、在內(nèi)部形成有孔洞的多量子阱層上面生長aigan層，生長過程中控制橫向生長速度大于豎向生長速度將孔洞掩埋在多量子阱層內(nèi)部，以實現(xiàn)aigan層的快速合并，從而在多量子阱層內(nèi)部形成空氣腔。

11、步驟八、在aigan層上面依次生長mg摻雜p-gan層、重摻雜p-gan接觸層，形成內(nèi)部具有ag納米顆粒和空氣腔的發(fā)光二極管，提升發(fā)光效率。

12、進一步地，所述襯底為藍寶石、硅、碳化硅、氮化鎵以及氮化鋁適合外延生長的襯底。

13、進一步地，所述步驟三的控制in原子摩爾含量漸變減少，具體為：

14、生長過程中控制in原子摩爾含量由3％均勻減少至0.5％.

15、進一步地，所述步驟五的圓形圖案的直徑為1-2um，相鄰兩個圓形圖案中心之間的距離為4-8um。

16、進一步地，所述步驟五的孔洞的直徑為1-2um，深度為200-500nm。

17、進一步地，所述步驟六的ag納米顆粒的直徑為40-60nm，且具有相對粗糙的表面。

18、進一步地，所述步驟七的控制橫向生長速度大于豎向生長速度，具體為：

19、控制橫向生長速度為豎向生長速度的2-4倍。

20、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的提升亮度的發(fā)光二極管制備方法實現(xiàn)了如下的有益效果：

21、1.本申請通過在多量子阱層內(nèi)部形成ag納米顆粒和空氣腔結構，一方面利用ag納米顆粒產(chǎn)生的局域表面等離子體頻率與多量子阱進行有效耦合，進而實現(xiàn)led發(fā)光效率的增強。由于ag納米顆粒具有相對粗糙的表面，這種粗糙表面能夠保證耦合到局域表面等離子體中的能量失去動量，從而將光子有效的從金屬/半導體界面提取出來，進而提升發(fā)光效率。另外，由于gan(n＝2.5)和空氣(n＝l)之間折射率差異較大，其臨界角只有23.6°，導致從多量子阱層中產(chǎn)生的光子只有出射角小于臨界角的部分能夠逃逸出射到空氣中，另有部分光子即使經(jīng)過襯底的反射也難以出射到空氣中，在引入空氣腔結構之后這部分的光子在向下傳播的過程中經(jīng)空氣腔的反射，原有的傳播路徑改變，再經(jīng)過襯底或者材料的多次反射或折射后出射到空氣中，從而提高出光效率。

22、2.通過在生長多量子阱層前先生長ingan/gan應力調(diào)節(jié)層，并生長過程中控制in原子摩爾含量漸變減少，可以減少晶格失配或者熱失配造成的應力和缺陷，阻斷位錯衍生，減少底層衍生上來的位錯，從而提升晶體質(zhì)量，進而提高led的發(fā)光效率，同時增強抗靜電能力。

23、3.本申請在將ag納米顆粒填充進孔洞當中后，使用酒精棉簽對多量子阱層的表面進行擦拭，可以確保沒有殘余的ag納米顆粒留在多量子阱層表面，并且孔洞當中的ag納米顆粒得以有效保留，能夠有效減少光輸出的損耗，進而有利于提升led的發(fā)光效率。

24、當然，實施本發(fā)明的任一產(chǎn)品必不特定需要同時達到以上所述的所有技術效果。

25、通過以下參照附圖對本發(fā)明的示例性實施例的詳細描述，本發(fā)明的其它特征及其優(yōu)點將會變得清楚。

技術特征：

1.一種提升亮度的發(fā)光二極管制備方法，其特征包含以下步驟：

2.根據(jù)權利要求1所述的提升亮度的發(fā)光二極管制備方法，其特征在于，所述襯底為藍寶石、硅、碳化硅、氮化鎵以及氮化鋁適合外延生長的襯底。

3.根據(jù)權利要求1所述的提升亮度的發(fā)光二極管制備方法，其特征在于，所述步驟三的控制in原子摩爾含量漸變減少，具體為：

4.根據(jù)權利要求1所述的提升亮度的發(fā)光二極管制備方法，其特征在于，所述步驟五的圓形圖案的直徑為1-2um，相鄰兩個圓形圖案中心之間的距離為4-8um。

5.根據(jù)權利要求1所述的提升亮度的發(fā)光二極管制備方法，其特征在于，所述步驟五的孔洞的直徑為1-2um，深度為200-500nm。

6.根據(jù)權利要求1所述的提升亮度的發(fā)光二極管制備方法，其特征在于，所述步驟六的ag納米顆粒的直徑為40-60nm，且具有相對粗糙的表面。

7.根據(jù)權利要求1所述的提升亮度的發(fā)光二極管制備方法，其特征在于，所述步驟七的控制橫向生長速度大于豎向生長速度，具體為：

技術總結
本發(fā)明公開一種提升亮度的發(fā)光二極管制備方法，依次包含：對襯底進行脫附處理、在襯底上生長AlN緩沖層、u?GaN層、Si重摻雜n?GaN層、Si輕摻雜n?GaN層、InGaN/GaN應力調(diào)節(jié)層、多量子阱層、AIGaN層、Mg摻雜p?GaN層以及重摻雜p?GaN接觸層。本申請通過在多量子阱層內(nèi)部形成Ag納米顆粒和空氣腔結構，利用Ag納米顆粒產(chǎn)生的局域表面等離子體頻率與多量子阱進行有效耦合，進而實現(xiàn)LED發(fā)光效率的增強，同時利用空氣腔對光子的折射和反射改變多量子阱產(chǎn)生的光子的傳播路徑，進一步提升發(fā)光效率。

技術研發(fā)人員：徐平,許亞兵,季輝,周佐華
受保護的技術使用者：湘能華磊光電股份有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/4/28