一种基于量子限制斯塔克效应的白光LED及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于量子限制斯塔克效应的白光LED及其制备方法，LED以硅基氮化物晶片为载体，包括从下至上依次设置的硅衬底层、氮化铝层、u型氮化镓层、n型氮化镓层、量子阱层、p型氮化镓层、设置在p型氮化镓层上的p型电极、设置在n型氮化镓层边缘的n型电极。本发明专利技术在硅衬底上的氮化物材料，利用光刻刻蚀工艺和ICP刻蚀工艺制备具有三条不同宽度纳米梁的LED，利用三根梁在静重力的作用下发生形变造成的压电极化场会诱导铟镓氮量子阱的材料的量子限制斯塔克效应，由于每根梁的形变不同，导致量子限制斯塔克效应对其的减弱程度也不同的，宽度最大的梁，发红光，宽度居中的梁，发绿光，宽度最小的梁光谱蓝移，发蓝光；经三者复合，整体显现白光。整体显现白光。整体显现白光。

【技术实现步骤摘要】
一种基于量子限制斯塔克效应的白光LED及其制备方法


[0001]本专利技术专利涉及量子电子学领域以及光机电
，尤其涉及一种基于量子限制斯塔克效应的白光LED及其制备方法。

技术介绍

[0002]半导体材料的白光一直是发光领域追求的一个目标，但是当前的LED发光基本都是单一的发光，采用荧光粉涂敷光转变法，即用LED芯片所发光激发荧光粉，芯片和荧光粉发出的光混合形成白光。缺点也很明显，发热量比较高。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于量子限制斯塔克效应的白光LED及其制备方法。
[0004]为解决现有技术问题，本专利技术公开了一种基于量子限制斯塔克效应的白光LED，包括硅衬底层、氮化铝层、u型氮化镓层、n型氮化镓层、量子阱层、p型氮化镓层、p型电极和n型电极，所述硅衬底层包括底面和设于底面的硅柱，所述硅柱支撑氮化铝层，所述氮化铝层的上表面连接u型氮化镓层，所述u型氮化镓层的上表面连接n型氮化镓层，所述n型氮化镓层的边缘处呈阶梯状台面，所述n型电极设于呈阶梯状台面的下台面，所述量子阱层设于呈阶梯状台面的上台面，所述p型氮化镓层设于量子阱层的上表面，所述p型电极设于p型氮化镓层上表面。
[0005]进一步地，所述硅柱上的氮化铝层、u型氮化镓层、n型氮化镓层、量子阱层、p型氮化镓层呈三条长度相等的悬梁结构。
[0006]进一步地，三条悬梁结构的宽度依次变宽。
[0007]进一步地，所述p型电极和n型电极为半圆形电极。
[0008]相应地，一种基于量子限制斯塔克效应的白光LED的制备方法，包括以下步骤：
[0009]以硅基氮化镓晶片为载体，在硅基氮化镓晶片的p型氮化镓上表面旋涂光刻胶，然后采用光学光刻技术在旋涂的光刻胶层上定义两个半圆盘由三根不同宽度的梁连接的图形；
[0010]采用电子束蒸镀技术在定义的图形上表面蒸镀300
‑
500nm厚度的金属镍，然后将晶片放入丙酮溶液进行超声处理，之后将晶片放入超纯水中清洗，然后依次放入无水乙醇、超纯水中清洗，最后去除残留的光刻胶；得到镍的一个掩膜图形；
[0011]采用ICP刻蚀技术向下刻蚀2μm
‑
2.5μm到n型氮化镓层中部，从而将所述第一步中定义出的图形转移至硅基氮化物晶片的n型氮化镓层中，得到LED三梁结构；
[0012]稀硝酸去除金属镍，然后立即放入超纯水中清洗干净；
[0013]在LED三梁结构表面旋涂光刻胶；确保刻蚀过程中，三梁结构不会被刻蚀掉，起保护作用；
[0014]采用电子束蒸镀技术在定义的图形上表面蒸镀300
‑
500nm厚度的金属镍，然后将
外延片放入丙酮溶液进行超声清洗，然后依次放入无水乙醇、超纯水中清洗，最后去除残留的光刻胶，得到镍的一个掩膜图形；
[0015]采用ICP刻蚀技术，将图形向下刻蚀n型氮化镓层直至硅衬底层表面，从而将图形转移到硅衬底层上，最后去清洗残留的光刻胶；
[0016]采用电子束蒸镀技术在p型区电极图形上表面上蒸镀正电极，在n型区电极图形上表面上蒸镀负电极，使得p型氮化镓层镀上正电极，n型氮化镓层上镀上负电极，最后去除残留的光刻胶，获得p型电极和n型电极；
[0017]采用氢氟酸与稀硝酸的混合液湿法刻硅，直至硅衬底层底部，使硅衬底层中形成支撑此结构的硅柱和底面，构成悬空LED三梁结构。
[0018]进一步地，所述正电极和负电极均为蒸镀的Au/Ni。
[0019]本专利技术具有的有益效果：
[0020]本专利技术使用了单一的外延片，无需生长不同的材料，结构简单，尺寸很小，集成方便，并且相较于当前的荧光粉辅助的led，更大程度上提高了光电转化效率，降低了热损耗。
附图说明
[0021]图1为基于量子限制斯塔克效应的白光LED的侧视图；
[0022]图2为基于量子限制斯塔克效应的白光LED的俯视图；
[0023]图3为基于量子限制斯塔克效应的白光LED的工艺流程图。
[0024]图中有：硅衬底层1、氮化铝层2、u型氮化镓8、n型氮化镓层3、量子阱层4、p型氮化镓层5、p型电极6、n型电极7。
具体实施方式
[0025]下面结合附图对本专利技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。
[0026]如图1、2所示，本专利技术的基于量子限制斯塔克效应的白光LED，以硅基氮化物晶片为载体，从下至上依次为硅衬底层1、氮化铝层2、u型氮化镓层8、n型氮化镓层3、量子肼层4、p型氮化镓层5以及设置在p型氮化镓层5上面的p型电极6和设置在n型氮化镓层3边缘的半圆形n型电极7。所述硅衬底层1之上全部刻蚀掉，仅保留半圆盘及梁下面的部分，使之露出梁以及半圆盘的形状，所述n型氮化镓层3边缘处上方的量子阱层4和p型氮化镓层5刻蚀掉，n型电极7设置在裸露出的n型氮化镓层3侧面上。本专利技术的LED设置了三个位于两半圆盘之间长度相等的梁，这三个梁自上而下分列于半圆盘之间。最上面的梁宽度为20μm，中间梁宽度30μm，最下面的梁宽度40μm。该LED覆盖在p型氮化镓层的p型电极，其电极直径为200μm,设置在n型氮化镓层边缘处的n型电极直径也是200μm，所述的电极厚度为120nm。在静重力的作用下，梁会发生形变，形变造成的压电极化场会诱导铟镓氮量子阱的材料的量子限制斯塔克效应，由于每根梁的形变不同，导致量子限制斯塔克效应对其的减弱程度也不同的，宽度最大的梁，发红光，宽度居中的梁，发绿光，宽度最小的梁光谱蓝移，发蓝光；经过三者复合，整体显现白光；
[0027]如图3所示，本专利技术的基于量子限制斯塔克效应的白光LED制备的方法，以制备LED半圆盘直径200μm，梁长为300μm为例，制备过程如下：
[0028]第一步：将购买的商用硅衬底氮化镓晶片，经丙酮、无水乙醇和超纯水依次超声(5min)清洗后，然后用氮气吹干；使用匀胶机在晶片正面(p型氮化物层5上表面)以4000转/分钟的转速旋涂光刻胶AZ
‑
5214，旋涂时间为40秒(光刻胶厚度为1.5微米)。
[0029]采用光学光刻技术，然后采用光学光刻技术在旋涂的光刻胶层上定义带有三个梁的半圆盘LED图形，光刻机型号为MA6。
[0030]第二步：采用电子束蒸镀技术在P型氮化镓层5表面上蒸镀700nm金属镍，然后去除残留的光刻胶。
[0031]第三步：采用ICP刻蚀技术向下刻蚀氮化物层直至n型氮化镓层3中部，从而将所述第一步中定义出的图形转移至硅基氮化物晶片的n型氮化镓层3中，得到LED三梁结构；
[0032]然后将晶片放入稀硝酸溶液中去除残留的金属镍，依次放入无水乙醇、超纯水中清洗干净；
[0033]第四步：使用匀胶机在晶片正面(三梁结构表面)以4000转/分钟的转速旋涂光刻胶AZ
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5214，旋涂时间为40秒(光刻胶厚度为1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于量子限制斯塔克效应的白光LED，其特征在于，包括硅衬底层(1)、氮化铝层(2)、u型氮化镓层(8)、n型氮化镓层(3)、量子阱层(4)、p型氮化镓层(5)、p型电极(6)和n型电极(7)，所述硅衬底层(1)包括底面和设于底面的硅柱，所述硅柱支撑氮化铝层(2)，所述氮化铝层(2)的上表面连接u型氮化镓层(8)，所述u型氮化镓层(8)的上表面连接n型氮化镓层(3)，所述n型氮化镓层(3)的边缘处呈阶梯状台面，所述n型电极(7)设于呈阶梯状台面的下台面，所述量子阱层(4)设于呈阶梯状台面的上台面，所述p型氮化镓层(5)设于量子阱层(4)的上表面，所述p型电极(6)设于p型氮化镓层(5)上表面。2.根据权利要求1所述的基于量子限制斯塔克效应的白光LED，其特征在于，所述硅柱上的氮化铝层(2)、u型氮化镓层(8)、n型氮化镓层(3)、量子阱层(4)、p型氮化镓层(5)呈三条长度相等的悬梁结构。3.根据权利要求2所述的基于量子限制斯塔克效应的白光LED，其特征在于，三条悬梁结构的宽度依次变宽。4.根据权利要求1所述的基于量子限制斯塔克效应的白光LED，其特征在于，所述p型电极(6)和n型电极(7)为半圆形电极。5.一种基于量子限制斯塔克效应的白光LED的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：以硅基氮化镓晶片为载体，在硅基氮化镓晶片的p型氮化镓(5)上表面旋涂光刻胶，然后采用光学光刻技术在旋涂的光刻胶层上定义两个半圆盘由三根不同宽度的梁连接的图形；采用电子束蒸镀技术在定义的图形上表面蒸镀300
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【专利技术属性】
技术研发人员：朱刚毅，樊学峰，孙志伟，秦飞飞，孙雷孟，杨俊波，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：