一种发射光可调控的超表面集成式LED装置及制备方法

一种发射光可调控的超表面集成式led装置及制备方法
技术领域
1.本发明涉及微纳结构和led光电技术领域技术领域，特别是涉及一种发射光可调控的超表面集成式led装置及制备方法。


背景技术：

2.发光二极管(lightemittingdiode，led)是一种固态的半导体器件，相比较其他光源来说，led光源不存在灯丝发光易烧、热沉积、光衰等缺点，据统计，其使用寿命可达6到10万小时，因此被称作永不熄灭的灯；与传统光源单调的发光效果相比，led光源是低压微电子产品，成功融合了计算机技术、网络通信技术、图像处理技术、嵌入式控制技术等，所以亦是数字信息化产品，是半导体光电器件“高新尖”技术。但随着光电技术的智能化发展，光系统早已被广泛应用于人脸识别、速度检测、加密系统等各个社会以及军事领域，随之发展的是人们对光电器件功能和性能多样化、精准化的认知，而所有led的共性缺陷是表现出朗伯形的发射轮廓，这使得人们对于led光束的自由调控变得极为困难，这使得led的发展停滞不前。
3.解决这一问题的简单方法是在led结构上集成超表面(metasurface)，超表面作为一种亚波长尺度的人工光学结构，通常由密集排列的强散射金属或电介质纳米结构构成，在外部光源或激励作用下这些平坦的微纳结构具有大范围、快速调控光场特性的能力，使光波的振幅、相位和偏振态发生变化，从而为光束操纵技术提供了新途径。
4.然而，当该超表面直接集成在led顶部时，超表面并没有表现出它该有的功能，因此，存在对如下技术的需求：将led发射转换为具有较窄角度分布的发射，并提高将光耦合到外部光学设备的效率。因此，设计一种发射光可调控的超表面集成式led装置及制备方法是十分必要的。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种发射光可调控的超表面集成式led装置及制备方法，具有更大的空间相干性，结构紧凑，加工工艺简单，产品良率与可靠性提升，能调控led出射光的特性，可扩展多功能，具有广阔的应用前景。
6.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
7.一种发射光可调控的超表面集成式led装置，由下至上包括：第一衬底、键合金属层、第一反射层、外延片、电极层、第二反射层、间隔层及超结构单元层，所述第一反射层为金属反射层，所述第二反射层为布拉格反射镜；第一衬底、键合金属层、第一反射层、外延片、电极层、第二反射层、间隔层及超结构单元层均垂直于从所述led发射的光的传播平面；
8.所述外延片由下至上包括：第二衬底、缓冲层、n型限制层、复合量子阱层、电子阻挡层、p型限制层及窗口层。
9.可选的，所述超结构单元层包括多个纳米柱，多个所述纳米柱呈阵列状排列，所选纳米柱周期固定为260nm。
10.可选的，所述led的第二衬底为gaas第二衬底、gan第二衬底或gap第二衬底；
11.所述布拉格反射镜为algaas材料布拉格反射镜或algainn材料布拉格反射镜。
12.一种发射光可调控的超表面集成式led制备方法，用于制备上述的发射光可调控的超表面集成式led装置，其特征在于，包括如下步骤：
13.步骤1：在第二衬底上依次淀积缓冲层、n型限制层、量子阱层、电子阻挡层、p型限制层、窗口层以获得外延片，并将外延层进行背面减薄；
14.步骤2：在外延片的表面制作p面电极及n面电极作为电极层，再切割出管芯产品；
15.步骤3：对于导电性不好的外延片，蒸镀导电欧姆接触层，对于其他led，在led顶部交替生长由高折射率膜和低折射率膜组成的布拉格反射镜，用作顶部反射，在布拉格反射镜顶部沉积200nm间隔层，并清洗器件，且保证顶部间隔层的平整度，在间隔层上旋涂厚度为180nm的hsq胶进行光刻，通过电子光束光刻集成超结构单元层，完毕后，使用boe溶液快速浸蚀去除hsq胶。
16.可选的，步骤1中，在第二衬底上依次淀积缓冲层、n型限制层、量子阱层、电子阻挡层、p型限制层、窗口层以获得外延片，并将外延层进行背面减薄，具体为：
17.利用mocvd法在gaas第二衬底上依次淀积低温algaas缓冲层、n型gaas、量子阱层、电子阻挡层、p型gaas、gap窗口层，得到外延片，并将外延层进行背面减薄。
18.可选的，步骤2中，在外延片的表面制作p面电极及n面电极作为电极层，再切割出管芯产品，具体为：
19.在gap窗口层的表面制作p面电极，在减薄后的gaas第二衬底的背面蒸镀au金属层，制作n面电极，再切割出管芯产品。
20.可选的，步骤3中，在电极层的顶部生长布拉格反射镜，用作顶部反射，在布拉格反射镜顶部沉积200nm间隔层，并清洗器件，且保证顶部间隔层的平整度，在间隔层上旋涂厚度为180nm的hsq胶进行光刻，通过电子光束光刻集成超结构单元层，完毕后，使用boe溶液快速浸蚀去除hsq胶，具体为：
21.在p面电极的顶部生长algaas材料布拉格反射镜，其中，algaas材料布拉格反射镜由alxga1-xas层与gaas层交替生长组成，0≤x≤1，alxga1-xas层与gaas层的对数为5-30对，当x为1时，所述布拉格反射镜中alxga1-xas层与gaas层的对数为10对，选择82.2nm的alas和68.6nm的gaas,在algaas材料布拉格反射镜的顶部沉积200nmgaas间隔层，清洗器件，并保证顶部gaas间隔层的平整度，在gaas间隔层上旋涂厚度为180nm的hsq胶进行光刻，使用加速电压为100kv、曝光剂量为5000μc/cm2的电子束光刻系统曝光形成超构表面图案，通过反应离子刻蚀和电感耦合离子刻蚀工艺，控制刻蚀时间及气体配比使纳米柱刻蚀深度控制在650nm，完成后，使用boe溶液快速浸蚀去除hsq胶。
22.可选的，步骤1中，在第二衬底上依次淀积缓冲层、n型限制层、量子阱层、电子阻挡层、p型限制层、窗口层以获得外延片，并将外延层进行背面减薄，具体为：
23.利用mocvd法在蓝宝石衬底上依次淀积低温gan缓冲层、n型gan、ingan/gan复合量子阱层、电子阻挡层、p型gan、窗口层，由此得到gan基外延片，并将外延层进行背面减薄。
24.可选的，步骤2中，在外延片的表面制作p面电极及n面电极作为电极层，再切割出管芯产品，具体为：
25.从窗口层向下切割直至ingan/gan复合量子阱层的下方，露出n型限制层制备n电
极，窗口层顶部制备p电极，并利用磁控溅射法在p型gan限制层上蒸镀ito透明导电欧姆接触层。
26.可选的，步骤3中，在电极层的顶部生长布拉格反射镜，用作顶部反射，在布拉格反射镜顶部沉积200nm间隔层，并清洗器件，且保证顶部间隔层的平整度，在间隔层上旋涂厚度为180nm的hsq胶进行光刻，通过电子光束光刻集成超结构单元层，完毕后，使用boe溶液快速浸蚀去除hsq胶，具体为：
27.在外延片顶部生长algainn材料混合布拉格反射镜，其中，algan材料混合布拉格反射镜由alxga1-xn层与gan层交替生长组成，0≤x≤1，alxga1-xn层与gan层的对数为5-30对，当x为0.8时，所述布拉格反射镜中alxga1-xn层与gan层的对数为20对；在algainn材料混合布拉格反射镜堆叠的顶部沉积200nmgan间隔层；清洗器件，并保证顶部gan间隔层的平整度；在gan间隔层上旋涂厚度为180nm的hsq胶进行光刻；使用加速电压为100kv、曝光剂量为5000μc/cm2的电子束光刻gan超结构单元，gan纳米柱高度选择800nm；完成后，使用boe溶液快速浸蚀去除hsq胶。
28.根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供的发射光可调控的超表面集成式led装置及制备方法，在led结构中引入谐振腔，提供窄角的输出光束而具有更大的空间相干性；通过电子束曝光和icp刻蚀工艺在顶部集成超表面结构，可以控制出射光束的远场分布特征，产生带有特殊形态的激光光束。
附图说明
29.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
30.图1为本发明实施例中发射光可调控的超表面集成式led制备过程中外延片的整体示意性侧视图；
31.图2为本发明实施例中发射光可调控的超表面集成式led制备过程中可选的使出射光实现聚焦功能的散射天线的相位分布图；
32.图3为本发明实施例中发射光可调控的超表面集成式led制备过程中可选的对出射光进行波前调控生成矢量光束的散射天线的相位分布图；
33.图4为本发明实施例中发射光可调控的超表面集成式led制备过程中可选的实现全息成像的散射天线的相位分布图；
34.图5为本发明实施例中发射光可调控的超表面集成式led制备过程中超构单元的一种可选的圆形纳米柱结构示意图；
35.图6为本发明实施例中发射光可调控的超表面集成式led制备过程中超构单元的一种可选的椭圆形纳米柱结构示意图；
36.图7为本发明实施例中发射光可调控的超表面集成式led制备过程中超构单元的一种可选的矩形纳米柱结构示意图；
37.图8为本发明实施例中发射光可调控的超表面集成式led的示意性侧视图；
38.图9为本发明实施例中圆形纳米柱直径与透射率、相位的关系的示意图；
39.图10为本发明实施例中电子束曝光时不同曝光剂量下的刻蚀结果。
40.附图标记：1、第一衬底；2、键合金属层；3、第一反射层；4、外延片；41、第二衬底；42、缓冲层；43、n型限制层；44、复合量子阱层；45、电子阻挡层；46、p型限制层；47、窗口层；5、电极层；6、布拉格反射镜；7、超结构单元层；711、圆形纳米柱；712、椭圆形纳米柱；713、矩形纳米柱；8、间隔层。
具体实施方式
41.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
42.本发明的目的是提供一种发射光可调控的超表面集成式led装置及制备方法，具有更大的空间相干性，结构紧凑，加工工艺简单，产品良率与可靠性提升，能调控led出射光的特性，可扩展多功能，具有广阔的应用前景。
43.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
44.如图8所示，一种发射光可调控的超表面集成式led装置，由下至上包括：第一衬底1、键合金属层2、第一反射层3、外延片4、电极层5、第二反射层、间隔层8及超结构单元层7，所述第一反射层3为金属反射层，所述第二反射层为布拉格反射镜6；第一衬底1、键合金属层2、第一反射层3、外延片4、电极层5、第二反射层、间隔层8及超结构单元层7均垂直于从所述led发射的光的传播平面；
45.如图1所示，所述外延片4由下至上包括：第二衬底41、缓冲层42、n型限制层43、量子阱层44、电子阻挡层45、p型限制层46及窗口层47。
46.所述超结构单元层7包括多个纳米柱，多个所述纳米柱呈阵列状排列，所选纳米柱周期固定为260nm，如图5-7所示，所述纳米柱可以为圆柱形、椭圆形或矩形且不仅限于这些结构，所述纳米柱高度需满足：
47.h＞h
min
＝λ/(n
max-n
min
)
48.其中，λ为led出射光波长，n
max
为纳米柱周围介质的折射率，n
min
为纳米柱的折射率，h
min
为满足相位要求的最小纳米柱高度。
49.本实施例中所选纳米柱周期固定为260nm。
50.所述led的第二衬底41为gaas第二衬底41、gan第二衬底41或gap第二衬底41；
51.所述布拉格反射镜6为algaas材料布拉格反射镜6或algainn材料布拉格反射镜6。
52.所述布拉格反射镜6可用来对入射光进行波段选择性的高反射，所述布拉格反射镜6与所述第一反射层3一起构成谐振腔，将初始宽朗伯角分布的光限制在一个窄的角度范围内来修改led的空间非相干发射，所述谐振腔可选择金属谐振腔或混合布拉格-金fp谐振腔。
53.本发明还提供了一种发射光可调控的超表面集成式led制备方法，用于制备上述发射光可调控的超表面集成式led装置，包括如下步骤：
54.步骤1：在第二衬底41上依次淀积缓冲层42、n型限制层43、量子阱层44、电子阻挡
层45、p型限制层46、窗口层47以获得外延片4，并将外延层进行背面减薄；
55.步骤2：在外延片4的表面制作p面电极及n面电极作为电极层5，再切割出管芯产品；
56.步骤3：对于导电性不好的外延片4，蒸镀导电欧姆接触层，对于其他外延片4，在外延片4顶部交替生长由高折射率膜和低折射率膜组成的布拉格反射镜6，用作顶部反射，在布拉格反射镜6顶部沉积200nm间隔层8，并清洗器件，且保证顶部间隔层8的平整度，在间隔层8上旋涂厚度为180nm的hsq胶进行光刻，通过电子光束光刻集成超结构单元层7，完毕后，使用boe溶液快速浸蚀去除hsq胶。
57.步骤1中，在第二衬底41上依次淀积缓冲层42、n型限制层43、量子阱层44、电子阻挡层45、p型限制层46、窗口层47以获得外延片4，并将外延层进行背面减薄，具体为：
58.利用mocvd法在gaas第二衬底41上依次淀积低温algaas缓冲层42、n型gaas限制层43、量子阱层44、电子阻挡层45、p型gaas限制层46、gap窗口层47，得到外延片4，并将外延层进行背面减薄。
59.步骤2中，在外延片4的表面制作p面电极及n面电极作为电极层5，再切割出管芯产品，具体为：
60.在gap窗口层47的表面制作p面电极，在减薄后的gaas第二衬底41的背面蒸镀au金属层，制作n面电极，再切割出管芯产品。
61.步骤3中，在电极层5的顶部生长布拉格反射镜6，用作顶部反射，在布拉格反射镜6顶部沉积200nm间隔层8，并清洗器件，且保证顶部间隔层8的平整度，在间隔层8上旋涂厚度为180nm的hsq胶进行光刻，通过电子光束光刻集成超结构单元层7，完毕后，使用boe溶液快速浸蚀去除hsq胶，具体为：
62.在p面电极的顶部生长algaas材料布拉格反射镜6，其中，algaas材料布拉格反射镜6由alxga1-xas层与gaas层交替生长组成，0≤x≤1，alxga1-xas层与gaas层的对数为5-30对，当x为1时，所述布拉格反射镜6中alxga1-xas层与gaas层的对数为10对，选择82.2nm的alas和68.6nm的gaas，在algaas材料布拉格反射镜6的顶部沉积200nmgaas间隔层8，清洗器件，并保证顶部gaas间隔层8的平整度，在gaas间隔层8上旋涂厚度为180nm的hsq胶进行光刻，使用加速电压为100kv、曝光剂量为5000μc/cm2的电子束光刻系统曝光形成超构表面图案，通过反应离子刻蚀和电感耦合离子刻蚀工艺，控制刻蚀时间及气体配比使纳米柱刻蚀深度控制在650nm，完成后，使用boe溶液快速浸蚀去除hsq胶。
63.步骤1中，在第二衬底41上依次淀积缓冲层42、n型限制层43、量子阱层44、电子阻挡层45、p型限制层46、窗口层47以获得外延片4，并将外延层进行背面减薄，具体为：
64.利用mocvd法在蓝宝石第二衬底41上依次淀积低温gavn缓冲层42、n型gaas限制层43、ingan/gan量子阱层44、电子阻挡层45、p型gan限制层46、窗口层47，由此得到gan基外延片4，并将外延层进行背面减薄。
65.步骤2中，在外延片4的表面制作p面电极及n面电极，再切割出管芯产品，具体为：
66.从窗口层47向下切割直至ingan/gan复合量子阱层44的下方，露出n型限制层43制备n电极，窗口层47顶部制备p电极，并利用磁控溅射法在p型gan限制层46上蒸镀ito透明导电欧姆接触层。
67.步骤3中，在电极层5的顶部生长布拉格反射镜6，用作顶部反射，在布拉格反射镜6
顶部沉积200nm间隔层8，并清洗器件，且保证顶部间隔层8的平整度，在间隔层8上旋涂厚度为180nm的hsq胶进行光刻，通过电子光束光刻集成超结构单元层7，完毕后，使用boe溶液快速浸蚀去除hsq胶，具体为：
68.在外延片4顶部生长algainn材料混合布拉格反射镜6，其中，algan材料混合布拉格反射镜6由alxga1-xn层与gan层交替生长组成，0≤x≤1，alxga1-xn层与gan层的对数为5-30对，当x为0.8时，所述布拉格反射镜6中alxga1-xn层与gan层的对数为20对；在algainn材料混合布拉格反射镜6堆叠的顶部沉积200nmgan间隔层8；清洗器件，并保证顶部gan间隔层8的平整度；在gan间隔层8上旋涂厚度为180nm的hsq胶进行光刻；使用加速电压为100kv、曝光剂量为5000μc/cm2的电子束光刻gan超结构单元7，gan纳米柱高度选择800nm；完成后，使用boe溶液快速浸蚀去除hsq胶。
69.集成超结构单元层7，具体为：
70.使用加速电压为100kv适量曝光剂量的电子束光刻系统曝光形成超表面图案，最后通过反应离子刻蚀和电感耦合等离子刻蚀工艺，控制刻蚀时间及气体配比，使纳米柱刻蚀深度控制在目标高度。不同曝光剂量的电子束曝光时的刻蚀结果如图10所示。
71.所述曝光剂量可为4000μc/cm2、5000μc/cm2、6000μc/cm2、7000μc/cm2。
72.所述超结构单元层7可形成不同超表面图案以实现不同出射功能，如实现聚焦功能，传统实现聚焦的方法是依赖器件连续的面形变化来实现对电磁波相位的控制，这不可避免地带来了器件巨大的体积和高损耗等缺陷。所述方法可代替传统毫米波成像系统中的聚焦透镜实现波束聚焦的功能，在集成超表面上引入不连续的相位突变，并形成合适的梯度，可以将入射的平面波转化为可聚焦的抛物面波，本发明实施例中发射光可调控的超表面集成式led制备过程中可选的使出射光实现聚焦功能的散射天线的相位分布图如图2所示。
73.生成矢量光束，实现芯片化、高效、小体积的非相干光源超表面矢量光束出射，所述出射光具有光强分布不随拓扑荷数的改变而改变的特性，与普通涡旋光束相比，其可以大幅提升在微粒操纵、光纤传输等方面的应用效率，本发明实施例中发射光可调控的超表面集成式led制备过程中可选的对出射光进行波前调控生成矢量光束的散射天线的相位分布图如图3所示。
74.实现全息成像，提供了一种新型集成、超紧凑、便携式的内置非相干光源全息系统，与传统的外部集成全息图相比，不仅减少了由于外部光学元件引入系统而造成的损失，而且利用了电子束光刻的高制作精度来减少对准误差；其次由于本研究中结构光束的超表面仅在离led芯片足够远的发射表面进行集成，这种集成并不会影响led芯片的结构与性能，本发明实施例中发射光可调控的超表面集成式led制备过程中可选的实现全息成像的散射天线的相位分布图如图4所示。
75.在设计超结构单元层7部分，首先根据先验条件固定纳米柱高度以及单元周期，其次确定不同纳米柱尺寸对相位调控的关系，通过时域有限差分法对工作波长入射下不同尺寸纳米柱进行参数化扫描，得到纳米柱尺寸与相位改变量的关系，第三，选取能够覆盖整个0-2π相位的超构单元。所述超结构单元层7上允许制备有多种拼接的微纳图形阵列，每种所述微纳图形阵列为多个微纳图形周期排布构成，通过调控所述微纳图形阵列中微纳图形的尺寸和周期改变单个微纳图形阵列的相位。圆形纳米柱711直径与透射率、相位的关系的示
意图如图9所示。
76.为了简化制备，对同一材料，纳米柱一般为固定高度，纳米柱排布通过fdtd单元参数扫描及光场分布函数结合matlab计算得到版图各个位置相位信息，选取不同尺寸的纳米柱生成光刻掩膜版。
77.本发明提供的发射光可调控的超表面集成式led装置及制备方法，在led结构中引入谐振腔，提供窄角的输出光束而具有更大的空间相干性；通过电子束曝光和icp刻蚀工艺在顶部集成超表面结构，可以控制出射光束的远场分布特征，产生带有特殊形态的激光光束。
78.本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

技术特征：
1.一种发射光可调控的超表面集成式led装置，其特征在于，由下至上包括：第一衬底、键合金属层、第一反射层、外延片、电极层、第二反射层、间隔层及超结构单元层，所述第一反射层为金属反射层，所述第二反射层为布拉格反射镜；第一衬底、键合金属层、第一反射层、外延片、电极层、第二反射层、间隔层及超结构单元层均垂直于从所述led发射的光的传播平面；所述外延片由下至上包括：第二衬底、缓冲层、n型限制层、复合量子阱层、电子阻挡层、p型限制层及窗口层。2.根据权利要求1所述的发射光可调控的超表面集成式led装置，其特征在于，所述超结构单元层包括多个纳米柱，多个所述纳米柱呈阵列状排列，所选纳米柱周期固定为260nm。3.根据权利要求1所述的发射光可调控的超表面集成式led装置，其特征在于，所述led的第二衬底为gaas第二衬底、gan第二衬底或gap第二衬底；所述布拉格反射镜为algaas材料布拉格反射镜或algainn材料布拉格反射镜。4.一种发射光可调控的超表面集成式led制备方法，用于制备权利要求1-3任一所述的发射光可调控的超表面集成式led装置，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：在第二衬底上依次淀积缓冲层、n型限制层、量子阱层、电子阻挡层、p型限制层、窗口层以获得外延片，并将外延层进行背面减薄；步骤2：在外延片的表面制作p面电极及n面电极作为电极层，再切割出管芯产品；步骤3：对于导电性不好的外延片，蒸镀导电欧姆接触层，对于其他外延片，在外延片顶部交替生长由高折射率膜和低折射率膜组成的布拉格反射镜，用作顶部反射，在布拉格反射镜顶部沉积200nm间隔层，并清洗器件，且保证顶部间隔层的平整度，在间隔层上旋涂厚度为180nm的hsq胶进行光刻，通过电子光束光刻集成超结构单元层，完毕后，使用boe溶液快速浸蚀去除hsq胶。5.根据权利要求4所述的一种发射光可调控的超表面集成式led制备方法，其特征在于，步骤1中，在第二衬底上依次淀积缓冲层、n型限制层、量子阱层、电子阻挡层、p型限制层、窗口层以获得外延片，并将外延层进行背面减薄，具体为：利用mocvd法在gaas第二衬底上依次淀积低温algaas缓冲层、n型gaas、量子阱层、电子阻挡层、p型gaas、gap窗口层，得到外延片，并将外延层进行背面减薄。6.根据权利要求5所述的一种发射光可调控的超表面集成式led制备方法，其特征在于，步骤2中，在外延片的表面制作p面电极及n面电极作为电极层，再切割出管芯产品，具体为：在gap窗口层的表面制作p面电极，在减薄后的gaas第二衬底的背面蒸镀au金属层，制作n面电极，再切割出管芯产品。7.根据权利要求6所述的一种发射光可调控的超表面集成式led制备方法，其特征在于，步骤3中，在电极层的顶部生长布拉格反射镜，用作顶部反射，在布拉格反射镜顶部沉积200nm间隔层，并清洗器件，且保证顶部间隔层的平整度，在间隔层上旋涂厚度为180nm的hsq胶进行光刻，通过电子光束光刻集成超结构单元层，完毕后，使用boe溶液快速浸蚀去除hsq胶，具体为：在p面电极的顶部生长algaas材料布拉格反射镜，其中，algaas材料布拉格反射镜由
al
x
ga
1-x
as层与gaas层交替生长组成，0≤x≤1，al
x
ga
1-x
as层与gaas层的对数为5-30对，当x为1时，所述布拉格反射镜中al
x
ga
1-x
as层与gaas层的对数为10对，选择82.2nm的alas和68.6nm的gaas,在algaas材料布拉格反射镜的顶部沉积200nmgaas间隔层，清洗器件，并保证顶部gaas间隔层的平整度，在gaas间隔层上旋涂厚度为180nm的hsq胶进行光刻，使用加速电压为100kv、曝光剂量为5000μc/cm2的电子束光刻系统曝光形成超构表面图案，通过反应离子刻蚀和电感耦合离子刻蚀工艺，控制刻蚀时间及气体配比使纳米柱刻蚀深度控制在650nm，完成后，使用boe溶液快速浸蚀去除hsq胶。8.根据权利要求4所述的一种发射光可调控的超表面集成式led制备方法，其特征在于，步骤1中，在第二衬底上依次淀积缓冲层、n型限制层、量子阱层、电子阻挡层、p型限制层、窗口层以获得外延片，并将外延层进行背面减薄，具体为：利用mocvd法在蓝宝石衬底上依次淀积低温gan缓冲层、n型gan、ingan/gan复合量子阱层、电子阻挡层、p型gan、窗口层，由此得到gan基外延片，并将外延层进行背面减薄。9.根据权利要求8所述的一种发射光可调控的超表面集成式led制备方法，其特征在于，步骤2中，在外延片的表面制作p面电极及n面电极作为电极层，再切割出管芯产品，具体为：从窗口层向下切割直至ingan/gan复合量子阱层的下方，露出n型限制层制备n电极，窗口层顶部制备p电极，并利用磁控溅射法在p型gan限制层上蒸镀ito透明导电欧姆接触层。10.根据权利要求9所述的一种发射光可调控的超表面集成式led制备方法，其特征在于，步骤3中，在电极层的顶部生长布拉格反射镜，用作顶部反射，在布拉格反射镜顶部沉积200nm间隔层，并清洗器件，且保证顶部间隔层的平整度，在间隔层上旋涂厚度为180nm的hsq胶进行光刻，通过电子光束光刻集成超结构单元层，完毕后，使用boe溶液快速浸蚀去除hsq胶，具体为：在外延片顶部生长algainn材料混合布拉格反射镜，其中，algan材料混合布拉格反射镜由alxga1-xn层与gan层交替生长组成，0≤x≤1，alxga1-xn层与gan层的对数为5-30对，当x为0.8时，所述布拉格反射镜中alxga1-xn层与gan层的对数为20对；在algainn材料混合布拉格反射镜堆叠的顶部沉积200nmgan间隔层；清洗器件，并保证顶部gan间隔层的平整度；在gan间隔层上旋涂厚度为180nm的hsq胶进行光刻；使用加速电压为100kv、曝光剂量为5000μc/cm2的电子束光刻gan超结构单元，gan纳米柱高度选择800nm；完成后，使用boe溶液快速浸蚀去除hsq胶。

技术总结
本发明提供了一种发射光可调控的超表面集成式LED装置及制备方法，该装置由下至上包括：第一衬底、键合金属层、第一反射层、外延片、电极层、第二反射层、间隔层及超结构单元层，所述第一反射层为金属反射层，所述第二反射层为布拉格反射镜；第一衬底、键合金属层、第一反射层、外延片、电极层、第二反射层、间隔层及超结构单元层均垂直于从所述LED发射的光的传播平面。本发明提供的一种发射光可调控的超表面集成式LED装置及制备方法，具有更大的空间相干性，结构紧凑，加工工艺简单，产品良率与可靠性提升，能调控LED出射光的特性，可扩展多功能，具有广阔的应用前景。具有广阔的应用前景。具有广阔的应用前景。


技术研发人员：解意洋 赵晓瑞 徐晨
受保护的技术使用者：北京工业大学
技术研发日：2023.03.03
技术公布日：2023/7/26