利用LED芯片发射圆偏振光的方法及产品及其制备方法

摘要

本发明公开了一种利用LED芯片发射圆偏振光的方法及产品及其制备方法，在LED芯片顶层的n型层或p型层中加入过渡金属，使顶层的n型层或p型层具有磁性，为LED芯片的发光层提供自旋极化的载流子注入，再将其输运到发光层与衬底基片一侧的p型层或n型层中提供的未自旋极化的载流子辐射复合，使LED芯片的发光层发射出圆偏振光。本发明采用在LED芯片pn结半导体层材料中加入过渡金属引入磁性的方法，使pn结半导体层能为发光层提供极化的自旋载流子注入，以实现LED芯片发出圆偏振光的目的。并且，还可以通过调整所述LED芯片的发光层的结构及材料组分，以获得不同颜色的圆偏振光。

主权项

发射圆偏振光的LED芯片的制备方法，其特征在于：a对衬底基片进行处理：先将蓝宝石作为材料的衬底基片在1100℃下烘烤20min，然后在800℃下对衬底基片进行100s的氮化处理；b生长n型一侧薄膜：在经过处理的衬底基片上采用MOCVD法，在800℃的条件下，生长厚度为8nm的AlN缓冲层；600℃的条件下，生长厚度为2um的GaN缓冲层；在600℃的条件下，生长厚度为100nm的GaN层；在600℃的条件下，掺杂Si生长厚度为100nm的n型GaN层；c生长多量子阱发光层：1）在600℃的条件下，生长厚度为50nm的GaN层；2）600℃的条件下，生长厚度为10nm的氮化镓铟（InGaN）发光层；3）在600℃的条件下，生长厚度为50nm的GaN层；4）将步骤2）及步骤3）重复10个周期，最后一个GaN层为P型或N型；d采用MBE法生长p型Ga1‑xMnxN磁性半导体薄膜：在240℃的条件下，利用共掺杂方式加入Mn以及比N原子半径小的Mg，生长厚度为80nm的p型Ga1‑xMnxN顶接触层x=3%～5%在略低于生长温度的条件下退火1小时，得到的外延片结构；e清洗：使用H2SO4溶液、H2O2溶液、氢氟酸溶液、盐酸或NH4OH结合超声波清洗技术去除所述LED外延片表面的有机杂质和金属离子；f沉积透明电极层：采用溅射法在p型Ga1‑xMnxN磁性半导体薄膜上沉积一层ITO透明电极，厚度为200nm；g去除n区的透明电极层：在ITO上涂一层光刻胶，对n区的方形区域进行光刻、刻蚀，刻蚀方法为反应离子刻蚀（RIE），刻蚀完毕后除去光刻胶；h对n电极区平台光刻、刻蚀：对芯片进行清洗后，涂厚的光刻胶；在n区位置光刻出一个需要的几何区域，其位置也根据需要可调；刻蚀出比较深的n侧电极区平台，既要保证刻蚀到n型GaN裸露，又不能将n型GaN层刻穿；刻蚀的方法采用增强等离子刻蚀（ICP）法；刻蚀完毕后去除光刻胶，退火处理；i沉积p区和n区电极：对芯片进行清洗后，采用磁控溅射的方法在p型Ga1‑xMnxN层和n型GaN区沉积Cu电极，厚度为200nm；对芯片进行清洗后，涂光刻胶，针对p区和n区的金属电极进行光刻、刻蚀；剥离残留的光刻胶，进行退火处理；j制备SiO2保护层：对芯片进行清洗后，用MOCVD设备生长一层SiO2保护层；涂光刻胶，对n电极和p电极的露出部分的图形进行光刻；用氟化氢（HF）溶液对电极区的SiO2进行刻蚀，完毕后除去光刻胶；k芯片的后期处理：对芯片的蓝宝石衬底进行研磨、减薄、划片、切割和成品测试工序，最后对芯片进行封装。