关于纳米压印在提高发光二极管发光效率方面的研究

摘要

近来，随着第三代半导体材料氮化镓(GaN)的突破，InGaN基半导体己经吸引了人们的广泛注意，特别是在发光装置的应用上，例如高亮度的发光二极管(LED)和激光二极管(LD)。虽然GaN基LED已经产业化，但芯片出光效率低的问题仍没很好的解决。由于衬底和外延膜的晶格不匹配效应导致LED内部存在大量地非辐射缺陷，使得GaN基LED内部光电转换效率很低，不能出射的光在LED结区转换为热能，提高了结温，使晶格震动加剧，影响了内部量子效率，也使LED的寿命大打折扣。因此，如何提高LED出光效率是发展大功率GaN基L,ED需要解决的关键问题。rn 近来越来越多的技术和手段用来提高LED的出光效率，其中包括微观尺度的表面粗糙化(micro-roughening)，对基底的mirco-pattern或micro-pyramid处理：也有利用布拉格反射镜(deflected Bragg reflector)，或是芯片非极性面/半极性面生长技术等。而最新的研究表面，利用二维光子晶体技术能极大提升LED出光效率。传统的在晶体层光刻的方法是采用电子束微影术，搭配干刻蚀方法，但是高能电子或分子柬，往往在光子晶体层的表面造成悬键，恶化有效的电子空穴对辐射结合严重的影响了LED的出光效益。纳米压印光刻技术则采用绘有纳米图案的刚性压模将基片上的聚合物薄膜压出纳米级图形，再对压印件进行常规的刻蚀、剥离等加工，能极大的降低操作工艺对器件的表面的损伤。rn 目前，人们对纳米压印这一低成本图形转移技术的关注越来越多。本实验利用纳米压印(nano-imprinting lithography)和紫外感光的液态高分子光刻胶Su-8技术，在GaN多量子阱结构的LED基片上组装不同图案(光栅图案和Chiral图案)，并初步考察了不同图案对LED出光效率的影响。通过325nmte-Cd激光的光致发光谱(PL)研究，结果发现用周期为300hm的硅栅模板压印图案的LED基片出光强度极大提高，与没通过纳米压印的基片相比，出光强度提高了将近30％。而用周期为4μm的Chiral模板压印的基片和没压印基片相比，光的强度也提高了17％左右。通过实验研究表明，利用纳米压印技术，在氮化镓(GaN)为主要材料的LED组件上，刻蚀出二维光子晶体(Photonic Crystal)，能有效提高LED的发光效益。