一种基于表面等离子体效应的宽带高效GaN基LED芯片及其制
备方法
技术领域
背景技术
[0002] 可见光通信采用高速闪烁的LED作为
信号源。当LED闪烁的
频率超过人眼响应极限时，该信号源就可同时作为照明、显示、
背光等领域的
光源。随着LED在上述领域的广泛应用，兼具光源和信号源功能的高
发光效率高调制带宽的LED芯片成为研究热点。
[0003] LED芯片的调制带宽主要受有源区少数载流子复合寿命和RC带宽的影响，其中R、C 分别为芯片的等效
电阻和等效电容。已有文献提出在
量子阱的垒层掺杂，使得空间电荷场可以屏蔽压
电场，增强
电子-空穴波函数耦合，降低少数载流子复合寿命。还有研究表明，增加空穴浓度、减小有源层厚度、增加注入
电流密度都可以降低少数载流子复合寿命。但这些办法都将降低芯片的发光效率，而且还需要改变
外延层的结构和生长工艺。从芯片制备的
角度，为了提高LED的调制带宽，一种方案是减少芯片的有效发光面积。例如，使用电流限制孔将注入电流的路径限制在一定范围内，或者制备微尺寸芯片，从而减小等效电容。这种方案虽然保证了芯片的发光效率，但是由于减小了有效发光面积，降低了出光功率。
[0004] 表面等离子体（SP）技术可显著增强少数载流子的自发
辐射速率，同时增加器件的发光效率和调制带宽。LED 芯片通过
电极注入电子和空穴，两种载流子在
发光层复合产生
激子。一部分激子
能量经过辐射跃迁过程发射
光子，另一部份激子能量经过晶格振动、深能级杂质跃迁等非辐射跃迁过程被损耗掉。若在量子阱附近（量子阱处于SP消逝场的范围内）存在金属
薄膜或颗粒，则激子的辐射跃迁过程、非辐射跃迁过程和量子阱-SP耦合过程相互竞争。当激子的频率与SP的谐振频率匹配时，激子能量耦合到SP模式的速率远大于另外两种衰减过程，从而降低少数载流子的复合寿命、提高调制带宽。
发明内容
[0005] 本发明针对面向可见光通信的GaN基LED芯片，提供一种基于表面等离子体效应的宽带高效GaN基LED芯片及其制备方法。
[0006] 本发明一种基于表面等离子体效应的宽带高效GaN基LED芯片，是在LED芯片的p-GaN层的表面制备微米-纳米复
合金属结构。
[0007] 本发明通过如下技术方案实现。
[0008] 一种基于表面等离子体效应的宽带高效GaN基LED芯片，为倒装结构，由下至上依次包括衬底、
缓冲层、非故意掺杂GaN层、n-GaN层、量子阱层、电子阻挡层、p-GaN层、金属反射镜层、
钝化层、p-电极层、n-电极层；所述金属反射镜层的底面连接p-GaN层的表面处具有微米-纳米复合金属结构。
[0009] 进一步地，所述微米-纳米复合金属结构包括微米金属结构和纳米金属结构；所述p-GaN层的表面具有与微米-纳米复合金属结构互补的微米-纳米复合结构。
[0010] 更进一步地，所述微米金属结构和纳米金属结构均为交替出现的凸起和凹槽结构。
[0011] 所述微米金属结构的凸起的外径和高度以及凹槽的内径和深度都大于表面等离子体的传播长度，在50nm 5μm之间。~
[0012] 更进一步地，所述纳米金属结构分布在微米金属结构与p-GaN层的分界面上。
[0013] 更进一步地，所述微米金属结构的凸起部分延伸至距离p-GaN层的底部10nm 1μm~处，靠近量子阱（MQW）层，实现高效SP-MQW 耦合；微米金属结构的凹槽部分
覆盖p-GaN层（7）的表面，使p-GaN层具有足够的厚度注入空穴。
[0014] 更进一步地，所述微米金属结构的凸起和凹槽部分在空间上呈随机分布、一维光栅分布或二维点阵分布中的一种，凸起的形状和凹槽的内凹形状均呈长方体、圆柱、圆台、棱柱或棱台中的一种。
[0015] 更进一步地，所述纳米金属结构的凸起和凹槽部分在空间上呈随机分布、一维光栅分布或二维点阵分布中的一种，凸起的形状和凹槽的内凹形状均呈不规则形状、长方体、圆柱、圆台、棱柱或棱台中的一种。
[0016] 进一步地，所述微米金属结构的凸起部分上的纳米金属结构与量子阱层（5）的距离小于表面等离子体在芯片介质中的穿透深度，在10 nm 200 nm之间。~
[0017] 上述任一项所述的一种基于表面等离子体效应的宽带高效GaN基LED芯片的制备方法，包括如下步骤：
[0018] （1）依次在衬底上叠层制备缓冲层、非故意掺杂GaN层、n-GaN层、量子阱层、电子阻挡层和平整的p-GaN层；在平整的p-GaN层的表面制备尺寸为纳米数量级的掩模结构；
[0019] （2）通过
刻蚀将纳米数量级的掩模结构的纳米尺寸图案复制到平整的p-GaN层的表面，制备成具有纳米尺寸结构的p-GaN层，并去除剩余的掩模材料；
[0020] （3）在具有纳米尺寸结构的p-GaN层的表面制备尺寸为微米数量级的掩模结构；
[0021] （4）通过刻蚀将微米数量级的掩模结构的微米尺寸图案复制到具有纳米尺寸结构的p-GaN层上，制备成整个表面上分布有微米-纳米复合结构的p-GaN层，并去除剩余的掩模材料；
[0022] （5）在分布有微米-纳米复合结构的p-GaN层的表面制备金属反射镜层，且在金属反射镜层中分布有p-电极金属孔和n-电极金属孔；
[0023] （6）在n-电极金属孔处，通过刻蚀延伸至n-GaN层，形成n-电极台阶；
[0024] （7）在金属反射镜层的表面制备
钝化层，且在钝化层中分布有p-电极介质孔和n-电极介质孔；
[0025] （8）在钝化层的表面制备p-电极层和n-电极层。
[0026] 进一步地，步骤（1）、（2）、（3）、（4）中，在平整的p-GaN层的表面制备尺寸为纳米数量级的掩模结构后，直接在纳米数量级的掩模结构的表面制备尺寸为微米数量级的掩模结构，通过一次性刻蚀，制备得到具有微米-纳米复合结构的p-GaN层，具有微米-纳米复合结构的p-GaN层的凸起表面上不具有微米结构。
[0027] 进一步地，步骤（1）、（2）、（3）、（4）中，先在平整的p-GaN层的表面上，通过刻蚀微米数量级的掩模结构制备具有微米尺寸结构的p-GaN层；再在具有微米尺寸结构的p-GaN层的表面通过刻蚀纳米数量级的掩模结构，制备成整个表面上分布有微米-纳米复合结构的p-GaN层。
[0028] 进一步地，步骤（1）、（2）、（3）、（4）中，先在平整的p-GaN层的表面上，通过刻蚀微米数量级的掩模结构制备具有微米尺寸结构的p-GaN层；再在具有微米尺寸结构的p-GaN层的表面制备尺寸为纳米数量级的掩模结构，在纳米数量级的掩模结构的表面直接制备金属反射镜层。
[0029] 进一步地，所述纳米数量级的掩模结构的制备包括如下步骤：
[0030] （1）在p-GaN层的表面制备一层薄膜；
[0031] （2）依次使用
光刻技术和
干法刻蚀技术，在薄膜上制备尺寸为纳米数量级的图案，得到纳米数量级的掩模结构。
[0032] 更进一步地，步骤（1）中，所述薄膜的材料为SiO2、SiN、Al2O3或金属中的一种。
[0033] 更进一步地，步骤（2）中，所述光刻技术包括投影式光刻技术、深紫外光刻技术、激光干涉光刻技术、纳米压印技术或
电子束曝光技术中的一种。
[0034] 更进一步地，步骤（2）中，所述干法刻蚀技术包括反应离子刻蚀、感应耦合等离子体（ICP）刻蚀或聚焦离子束刻蚀中的一种。
[0035] 优选的，在平整的p-GaN层的表面或具有微米尺寸结构的p-GaN层的表面制备纳米数量级的掩模结构，包括如下步骤：
[0036] （1）将尺寸为纳米数量级的微球加入
溶剂，配置成
质量分数为0.5% 10%的微球溶~液，并使微球在溶液中均匀分散；
[0037] （2）将微球溶液沿着容器的内壁缓慢滴加到液面平静的去离子
水中，使液面上的微球完全扩散；在液面滴加
表面活性剂，使得微球形成稳定漂浮在液面的
单层紧凑的微球薄膜；
[0038] （3）将平整的p-GaN层或具有微米尺寸结构的p-GaN层浸入液面，
接触微球薄膜后，缓慢向微球薄膜移动，并以30-60°的角度向上提拉，使得微球薄膜从液面转移到平整的p-GaN层的表面或具有微米尺寸机构的p-GaN层的表面，再通过静置使溶剂完全挥发。
[0039] 更优选的，步骤（1）中，所述微球是聚丙乙烯、SiO2、Al2O3、金属或金属
内核-SiO2
外壳中的一种。
[0040] 更优选的，步骤（1）中，所述溶剂是去离子水、无水
乙醇或异丙醇中的一种。
[0041] 更优选的，步骤（1）中，所述分散的方法是超声震荡或磁
力搅拌中的一种。
[0042] 更优选的，步骤（2）中，所述表面活性剂是质量分数均为0.5 % 10 %的十二烷基~
硫酸钠溶液、十二烷基苯磺酸钠溶液、二辛基
琥珀酸磺酸钠溶液、甘胆酸钠溶液或三乙醇胺皂溶液中的一种。
[0043] 与
现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：
[0044] （1）本发明宽带高效GaN基LED芯片为倒装结构，倒装结构有利于提高芯片工作的电流密度；
[0045] （2）微米金属结构的凸起部分延伸至量子阱（MQW）附近，实现高效SP-MQW 耦合；
[0046] （3）微米金属结构的凹槽部分在p-GaN层的表面的覆盖，使p-GaN层具有足够的厚度注入空穴；且结构尺寸为微米数量级，降低干法刻蚀工艺中等离子损伤对器件性能的影响；
[0047] （4）纳米金属结构分布在微米金属结构与p-GaN的分界面上；且结构尺寸为纳米数量级，SP的损耗较小，而且有利于产生效率更高的局域SP，进一步提高发光效率和调制带宽，与无微米-纳米复合结构的GaN基LED芯片相比，发光效率可提高达50%，调制带宽提高达75%。
附图说明
[0048] 图1为本发明基于表面等离子体效应的宽带高效GaN基LED芯片的一种结构示意图；
[0049] 图1-1为
实施例1中制备的尺寸为纳米数量级的掩模结构的示意图；
[0050] 图1-2为实施例1中制备的具有纳米结构的p-GaN层的示意图；
[0051] 图1-3为实施例1中制备的尺寸为微米数量级的掩模结构的示意图；
[0052] 图1-4为实施例1中制备的具有微米-纳米复合结构的p-GaN层的示意图；
[0053] 图1-5为实施例1中制备的金属反射镜层的示意图；
[0054] 图1-6为实施例1中制备的n-电极台阶的示意图；
[0055] 图1-7为实施例1中制备的钝化层的示意图；
[0056] 图1-8为实施例1中制备的p-电极层10和n-电极层11的示意图；
[0057] 图2-1为实施例2制备的尺寸为纳米数量级的掩模结构的示意图；
[0058] 图2-2为实施例2制备的尺寸为微米数量级的掩模结构的示意图；
[0059] 图2-3为实施例2制备的具有微米-纳米复合结构的p-GaN层的示意图；
[0060] 图2-4为实施例2制备的金属反射镜层的示意图；
[0061] 图2-5为实施例2制备的n-电极台阶的示意图；
[0062] 图2-6为实施例2制备的钝化层的示意图；
[0063] 图2-7为实施例2制备的p-电极层10和n-电极层11的示意图；
[0064] 图3-1为实施例3制备的尺寸为微米数量级的掩模结构的示意图；
[0065] 图3-2为实施例3制备的具有微米结构的p-GaN层的示意图；
[0066] 图3-3为实施例3制备的尺寸为纳米数量级的掩模结构的示意图；
[0067] 图3-4为实施例3制备的具有微米-纳米复合结构的p-GaN层的示意图；
[0068] 图3-5为实施例3制备的金属反射镜层的示意图；
[0069] 图3-6为实施例3制备的n-电极台阶的示意图；
[0070] 图3-7为实施例3制备的钝化层的示意图；
[0071] 图3-8为实施例3制备的p-电极层10和n-电极层11的示意图；
[0072] 图4-1为实施例4制备的尺寸为微米数量级的掩模结构的示意图；
[0073] 图4-2为实施例4制备的具有微米结构的p-GaN层的示意图；
[0074] 图4-3为实施例4制备的尺寸为纳米数量级的掩模结构的示意图；
[0075] 图4-4为实施例4制备的金属反射镜层的示意图；
[0076] 图4-5为实施例4制备的n-电极台阶的示意图；
[0077] 图4-6为实施例4制备的钝化层的示意图；
[0078] 图4-7为实施例4制备的p-电极层10和n-电极层11的示意图。
具体实施方式
[0079] 以下结合附图对本发明的具体实施作进一步说明，但本发明的实施和保护范围不限于此。
[0080] 如图1所示，为本发明基于表面等离子体效应的宽带高效GaN基LED芯片的一种，为倒装结构，由下至上依次包括衬底1、缓冲层2、非故意掺杂GaN层3、n-GaN层4、量子阱层5、电子阻挡层6、p-GaN层7、金属反射镜层8、钝化层9、p-电极层10、n-电极层11；金属反射镜层8的底面连接p-GaN层7的表面处具有微米-纳米复合金属结构；
[0081] 微米-纳米复合金属结构包括微米金属结构和纳米金属结构；微米金属结构和纳米金属结构均为交替出现的凸起和凹槽结构，纳米金属结构分布在微米金属结构与p-GaN层7的分界面上；
[0082] p-GaN层7的表面具有与微米-纳米复合金属结构互补的结构；微米金属结构的凸起部分延伸至距离p-GaN层7的底部10nm 1μm处，靠近量子阱层5，微米金属结构的凹槽部分~覆盖p-GaN层7的表面；
[0083] 微米金属结构的凸起和凹槽部分在空间上呈随机分布、一维光栅分布或二维点阵分布中的一种，凸起的形状和凹槽的内凹形状均呈长方体、圆柱、圆台、棱柱或棱台中的一种；
[0084] 纳米金属结构的凸起和凹槽部分在空间上呈随机分布、一维光栅分布或二维点阵分布中的一种，凸起的形状和凹槽的内凹形状均呈不规则形状、长方体、圆柱、圆台、棱柱或棱台中的一种；
[0085] 微米金属结构的凸起的外径和高度以及凹槽的内径和深度都大于表面等离子体的传播长度，在50nm 5μm之间；微米金属结构凸起部分上的纳米金属结构与量子阱层5的距~离小于表面等离子体在芯片介质中的穿透深度，在10 nm 200 nm之间。
~
[0086] 实施例1
[0087] 一种基于表面等离子体效应的宽带高效GaN基LED芯片，结构如图1-8所示。
[0088] 在倒装结构LED芯片的p-GaN的表面制备有微米-纳米复合结构；微米结构是三角晶格分布的圆台，晶格常数是2 μm，圆台上底直径是1.3μm，下底直径是1 μm。纳米结构是分布在整个p-GaN表面的六角晶格分布的圆柱，晶格常数是100 nm，圆柱的高和直径都是50 nm，位于微米结构凹处的圆柱的底部距离量子阱5的顶部10 nm；在p-GaN层7上制备金属反射镜层8，形成微米-纳米复合金属结构。
[0089] 制备上述一种基于表面等离子体效应的宽带高效GaN基LED芯片，制备过程图如图1-1至图1-8所示，步骤如下：
[0090] （1）依次在衬底1上叠层制备缓冲层2、非故意掺杂GaN层3、n-GaN层4、量子阱层5、电子阻挡层6和平整的p-GaN层7；使用等离子增强
化学气相沉积法（PECVD）在p-GaN 层7的表面制备50 nm 厚度的SiO2层。
[0091] （2）使用纳米压印技术和感应耦合等离子体刻蚀（ICP）技术，以纳米压印胶为掩模，将SiO2层制备成六角晶格分布的圆柱，即尺寸为纳米数量级掩模结构70，晶格常数是100 nm，圆柱的高是50 nm，直径是50 nm，如图1-1所示。
[0092] （3）使用ICP刻蚀技术，以SiO2纳米图案为掩模结构，在p-GaN层7表面制备六角晶格分布的圆柱，晶格常数是100 nm，圆柱的高是50 nm，直径是50 nm，制得具有SiO2纳米圆柱结构的p-GaN层71，如图1-2所示。
[0093] （4）使用投影式光刻技术，在
光刻胶上制备三角晶格分布的圆柱，晶格常数是2 μm，圆柱直径是1 μm，在p-GaN层71的表面制备尺寸为微米数量级的光刻胶掩模结构72，如图1-3所示。
[0094] （5）使用ICP刻蚀技术，刻蚀掩模结构72，在p-GaN层表面制备三角晶格分布的圆台，晶格常数是2 μm，圆台上底直径是1.3 μm，下底直径是1 μm，下底的底部距离量子阱5的顶部10 nm，制备成具有微米-纳米复合结构的p-GaN层73，且微米-纳米复合结构分布在p-GaN层73的整个表面上，如图1-4所示。
[0095] （6）使用金属剥离技术和
电子束蒸发技术制备Ni/Ag/Cr（1nm/100nm/100nm）金属反射镜层8，在金属反射镜层8与p-GaN层7的分界面上形成微米-纳米复合金属结构，在金属反射镜层8中分布有p-电极金属孔81和n-电极金属孔82，且纳米金属结构的底部距离量子阱5的顶部10 nm，如图1-5所示。
[0096] （7）使用普通紫外光刻技术和ICP刻蚀技术，在n-电极金属孔82处形成n-电极台阶91，n-电极台阶91延伸至n-GaN层4，如图1-6所示；
[0097] （8）使用PECVD、普通紫外光刻技术和反应离子刻蚀（RIE）技术在金属反射镜层8的表面制备SiO2钝化层9，且在钝化层9中分布有p-电极孔92和n-电极孔93，如图1-7所示；
[0098] （9）使用金属剥离技术和
电子束蒸发技术在钝化层9的表面制备Cr/Au（100nm/200 nm）p-电极层10和n-电极层11，如图1-8所示。
[0099] 得到基于表面等离子体效应的宽带高效GaN基LED芯片，该芯片能产生高效率的局域SP，且SP损耗小，与无微米-纳米复合结构的GaN基LED芯片相比，发光效率提高50%，调制带宽提高75%。
[0100] 实施例2
[0101] 一种基于表面等离子体效应的宽带高效GaN基LED芯片，结构如图2-7所示。
[0102] 在倒装结构LED芯片的p-GaN的表面制备有微米-纳米复合结构；微米结构是一维光栅，晶格常数是3 μm，光栅孔上底直径是1.8 μm，下底直径是1.5 μm，下底距离量子阱5的顶部30 nm；纳米结构位于微米结构凹处的底部，是随机分布的不规则结构，不规则结构的高度和宽度为50nm，不规则结构的间隙为200nm；在p-GaN层7上制备金属反射镜层8，形成微米-纳米复合金属结构。
[0103] 制备上述一种基于表面等离子体效应的宽带高效GaN基LED芯片，制备过程如图2-1至图2-7所示，步骤如下：
[0104] （1）依次在衬底1上叠层制备缓冲层2、非故意掺杂GaN层3、n-GaN层4、量子阱层5、电子阻挡层6和平整的p-GaN层7；使用
磁控溅射在p-GaN层7的表面制备一层厚度为2nm的镍金属薄膜；对样品进行快速热
退火，升温速率为20℃/s，使镍金属薄膜发生团聚形成镍金属颗粒，颗粒的高度和宽度为50nm，间隙为200nm，即尺寸为纳米数量级的掩模结构70，如图2-1所示；
[0105] （2）使用
喷涂技术在掩模结构70的表面涂敷光刻胶，通过激光干涉光刻技术在光刻胶上制备一维光栅结构，晶格常数是3 μm，光栅孔洞上底直径是1.8μm，下底直径是1.5 μm，即尺寸为微米数量级的掩模结构72，如图2-2所示；
[0106] （3）尺寸为纳米数量级的掩模结构70与尺寸为微米数量级的掩模结构72组成复合掩模结构，通过ICP刻蚀将复合掩模结构的图案复制到p-GaN层7，制备成具有微米-纳米复合结构的p-GaN层73，纳米结构分布在p-GaN层73的凹槽上，纳米结构的高度和宽度为50nm、间隙为200nm，且纳米结构的底部距离量子阱的顶部 30 nm，如图2-3所示；
[0107] （4）使用电子束蒸发技术制备Cr/Al/Ti（2nm/800nm/50nm）金属反射镜层8，在金属反射镜层8与p-GaN层7的分界面上形成微米-纳米复合金属结构，且纳米金属结构的底部距离量子阱的顶部 30 nm；使用普通紫外光刻技术和化学湿法
腐蚀技术，在金属反射镜层8中制备p-电极金属孔81和n-电极金属孔82，如图2-4所示；
[0108] （5）使用普通紫外光刻技术和ICP刻蚀技术，在n-电极金属孔82处形成n-电极台阶91，n-电极台阶91延伸至n-GaN层4，如图2-5所示；
[0109] （6）使用PECVD、普通紫外光刻技术和反应离子刻蚀（RIE）技术在金属反射镜层8的表面制备SiN钝化层9，且在钝化层9中分布有p-电极孔92和n-电极孔93，如图2-6所示；
[0110] （7）使用金属剥离技术和电子束蒸发技术在钝化层9的表面制备Ti/Au（50nm/100 nm）p-电极层10和n-电极层11，如图2-7所示。
[0111] 得到基于表面等离子体效应的宽带高效GaN基LED芯片，该芯片能产生高效率的局域SP，且SP损耗小，与无微米-纳米复合结构的GaN基LED芯片相比，发光效率可提高50%左右，调制带宽提高75%左右。
[0112] 实施例3
[0113] 一种基于表面等离子体效应的宽带高效GaN基LED芯片，结构如图3-8所示。
[0114] 在倒装结构LED芯片的p-GaN的表面制备有微米-纳米复合结构。微米结构是六角晶格分布的长方体，晶格常数是4 μm，长方体边长是2 μm。纳米结构是分布在整个p-GaN表面的三角晶格分布的圆台，晶格常数是250 nm，圆台的高和直径都是125nm，位于微米结构凹处的圆台的底部距离量子阱5的顶部40 nm。在p-GaN层7上制备金属反射镜层8，形成微米-纳米复合金属结构。
[0115] 制备上述一种基于表面等离子体效应的宽带高效GaN基LED芯片，制备过程图如图3-1至图3-8所示，制备步骤如下：
[0116] （1）依次在衬底1上叠层制备缓冲层2、非故意掺杂GaN层3、n-GaN层4、量子阱层5、电子阻挡层6和平整的p-GaN层7；使用普通紫外光刻技术，在光刻胶上制备六角晶格分布的长方体，即尺寸为微米数量级的掩模结构72，晶格常数是4 μm，长方体边长是2 μm，如图3-1所示；
[0117] （2）使用ICP刻蚀技术，以光刻胶为掩模，在p-GaN层7表面制备六角晶格分布的长方体，晶格常数是4 μm，长方体边长是2 μm，制备成具有微米尺寸结构的p-GaN层74，如图3-2所示；
[0118] （3）使用电子束光刻技术，在具有微米尺寸结构的p-GaN层74的表面制备三角晶格分布的圆台，晶格常数是250 nm，圆台的高度和直径是125nm，即纳米数量级的掩模结构70，如图3-3所示；
[0119] （4）尺寸为纳米数量级的掩模结构70与尺寸为微米数量级的掩模结构72组成复合掩模结构，使用ICP刻蚀技术，将复合掩模结构的图案复制到p-GaN层74，制备成具有微米-纳米复合结构的p-GaN层73，且微米-纳米复合结构分布在p-GaN层73的整个表面上；纳米结构是六角晶格分布的圆柱，晶格常数是250 nm，圆台的高和直径都是125nm，位于微米结构凹处的圆台的底部距离量子阱5的顶部40 nm，如图3-4所示；
[0120] （5）使用金属剥离技术和电子束蒸发技术制备Ti/Ag/Ni（4nm/150 nm/100nm）金属反射镜层8，在金属反射镜层8与p-GaN层7的分界面上形成微米-纳米复合金属结构，在金属反射镜层8中分布有p-电极金属孔81和n-电极金属孔82，且纳米金属结构的底部距离量子阱的顶部 50 nm，如图3-5所示；
[0121] （6）使用普通紫外光刻技术和ICP刻蚀技术，在n-电极金属孔82处形成n-电极台阶91，且n-电极台阶91延伸至n-GaN层4，如图3-6所示；
[0122] （7）使用PECVD、普通紫外光刻技术和反应离子刻蚀（RIE）技术在金属反射镜层8的表面制备SiO2钝化层9，且在钝化层9中分布有p-电极孔92和n-电极孔93，如图3-7所示；
[0123] （8）使用金属剥离技术和电子束蒸发技术在钝化层9的表面制备Ni/Au（100nm/400 nm）p-电极层10和n-电极层11，如图3-8所示。
[0124] 得到基于表面等离子体效应的宽带高效GaN基LED芯片，该芯片能产生高效率的局域SP，且SP损耗小，与无微米-纳米复合结构的GaN基LED芯片相比，发光效率可提高50%左右，调制带宽提高75%左右。
[0125] 实施例4
[0126] 一种基于表面等离子体效应的宽带高效GaN基LED芯片，结构如图4-7所示。
[0127] 在倒装结构LED芯片的p-GaN的表面制备有微米-纳米复合结构。微米结构是四角晶格分布的六棱台孔洞，晶格常数是6 μm，棱台孔洞上底边长是2.5 μm，下底边长是2.2 μm，下底距离量子阱的顶部50 nm。纳米结构是分布在整个p-GaN表面的紧密排列的单层SiO2微球，微球直径是300 nm。在SiO2微球上制备金属反射镜层，形成微米-纳米复合金属结构。
[0128] 制备上述一种基于表面等离子体效应的宽带高效GaN基LED芯片，制备过程图如图4-1至图4-7所示，制备步骤如下：
[0129] （1）依次在衬底1上叠层制备缓冲层2、非故意掺杂GaN层3、n-GaN层4、量子阱层5、电子阻挡层6和平整的p-GaN层7；使用普通紫外光刻技术，在光刻胶上制备四角晶格分布的六棱台孔洞，即尺寸为微米数量级的掩模结构72，晶格常数是6 μm，棱台边长是2.2 μm，如图4-1所示。
[0130] （2）使用ICP刻蚀技术，以光刻胶为掩模，在p-GaN层7表面制备四角晶格分布的六棱台孔洞，晶格常数是6 μm，棱台孔洞上底边长是2.5 μm，下底边长是2.2 μm，下底距离量子阱的顶部50 nm，制备成具有微米尺寸结构的p-GaN层74，如图4-2所示。
[0131] （3）将直径为450nm的SiO2微球加入无水乙醇，配置成质量分数为2.5%的溶液，并超声震荡30分钟使微球在溶液中均匀分散。
[0132] （4）在容器中加入去离子水，待液面平静后，吸取微球溶液沿着容器的内壁缓慢滴加，使液面上的微球完全扩散。
[0133] （5）在液面的适当
位置滴加质量分数为2%的十二烷基硫酸钠溶液，减小水面的表面
张力，使得SiO2微球形成稳定漂浮在液面的单层的紧凑的微球薄膜。
[0134] （6）将基片浸入液面，接触微球薄膜后，缓慢向微球薄膜移动，并以45度角向上提拉，使得微球薄膜从液面转移到基片上。
[0135] （7）将基片静置2小时使得溶剂完全挥发，在p-GaN层7的表面形成单层紧密排列的SiO2微球。
[0136] （8）使用CHF3和SF6气体进行RIE刻蚀，将SiO2微球的横向尺寸减小至300 nm，在p-GaN层的表面形成三角晶格分布的SiO2微球，晶格常数是450nm，宽是300 nm，即尺寸为纳米数量级的掩模结构70，如图4-3所示。
[0137] （9）使用金属剥离技术和电子束蒸发技术制备Cr/Al/Cr（0.5nm/200 nm/50nm）金属反射镜层8，在金属反射镜层8与p-GaN层7的分界面上形成微米-纳米复合金属结构，在金属反射镜层8中分布有p-电极金属孔81和n-电极金属孔82，且纳米金属结构的底部距离量子阱的顶部 50 nm，如图4-4所示。
[0138] （10）使用普通紫外光刻技术和ICP刻蚀技术，在n-电极金属孔2处形成n-电极台阶91，且n-电极台阶91延伸至n-GaN层4，如图4-5所示。
[0139] （11）使用PECVD、普通紫外光刻技术和反应离子刻蚀（RIE）技术在金属反射镜层8的表面制备SiN钝化层9，且在钝化层9中分布有p-电极孔92和n-电极孔93，如图4-6所示；
[0140] （12）使用金属剥离技术和电子束蒸发技术在钝化层9的表面制备Cr/Au（50nm/500 nm）p-电极层10和n-电极层11，如图4-7所示。
[0141] 得到基于表面等离子体效应的宽带高效GaN基LED芯片，该芯片能产生高效率的局域SP，且SP损耗小。
[0142] 本发明与无微米-纳米复合结构的GaN基LED芯片相比，发光效率提高达50%，调制带宽提高达75%。
