本發(fā)明涉及l(fā)ed技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種金屬局域表面等離激元耦合增強硅基led及制造方法。

背景技術(shù)：

眾所周知，led，即lightemittingdiode的縮寫，翻譯為發(fā)光二極管，它是半導(dǎo)體二極管的一種，可以把電能轉(zhuǎn)化成光能，與普通二極管一樣是由一個pn結(jié)組成，也具有單向?qū)щ娦?。?dāng)給發(fā)光二極管加上正向電壓后，從p區(qū)注入到n區(qū)的空穴和由n區(qū)注入到p區(qū)的電子，在pn結(jié)附近數(shù)微米內(nèi)分別與n區(qū)的電子和p區(qū)的空穴復(fù)合，產(chǎn)生自發(fā)輻射的熒光。砷化鎵二極管發(fā)紅光，磷化鎵二極管發(fā)綠光，碳化硅二極管發(fā)黃光，氮化鎵二極管發(fā)藍光。因化學(xué)性質(zhì)又分有機發(fā)光二極管oled和無機發(fā)光二極管led。

目前，傳統(tǒng)的led主要包括p襯底、位于p襯底上的n阱、位于n阱上表面的p⁺和n⁺；在所述p⁺上設(shè)有p電極，在所述n⁺上設(shè)有n電極；在實際實驗過程中發(fā)現(xiàn)，這種傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的led出光效率與理論存在比較大的差距，因此，設(shè)計開發(fā)一種新型結(jié)構(gòu)的led，使其能夠提高出光效率具有極大的價值。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：提供一種金屬局域表面等離激元耦合增強硅基led及制造方法；該發(fā)明結(jié)合靜電紡絲技術(shù)，利用金屬局域等離激元耦合提高硅基led器件的發(fā)光效率；使等離激元與發(fā)光層光波耦合共振，發(fā)光效率達到最大值。

本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是：

一種金屬局域表面等離激元耦合增強硅基led，包括：p襯底、位于p襯底上的n阱、位于n阱上表面的p⁺和n⁺；在所述p⁺上設(shè)有p電極，在所述n⁺上設(shè)有n電極；其特征在于：所述p⁺為楔形結(jié)構(gòu)，所述楔形結(jié)構(gòu)的楔角為45°士0.5°；所述led的發(fā)光區(qū)域位于楔角和n⁺之間；在所述發(fā)光區(qū)域的上表面設(shè)置有同取向的含au納米顆粒的納米纖維；所述纖維纖維的直徑為120士20nm，所述金屬納米顆粒直徑大小為10士2nm；在所述納米纖維為設(shè)有sio2介質(zhì)層。

一種金屬局域表面等離激元耦合增強硅基led的制造方法，其特征在于：包括如下步驟：

步驟101、在p襯底上嵌入n阱，所述n阱的摻雜濃度為1.52×1017cm^-3；

步驟102、在所述n阱的上表面嵌入楔形結(jié)構(gòu)的p⁺和矩形結(jié)構(gòu)的n⁺，所述p⁺的摻雜濃度為1×1019cm^-3，所述p⁺的楔角為45°，所述楔角位于靠近n⁺的一側(cè)，所述led的發(fā)光區(qū)域位于楔角和n⁺之間；

步驟103、利用靜電紡絲技術(shù)制備含金屬納米顆粒的納米纖維，并將制備成型的納米纖維設(shè)置在發(fā)光層的上表面；

步驟104、在所述納米纖維為設(shè)有sio2介質(zhì)層；

步驟105、在所述p⁺上制備p電極，在所述n⁺上制備n電極。

進一步：所述步驟103中，利用靜電紡絲技術(shù)制備含金屬納米顆粒的納米纖維的具體過程為：

步驟1031、取體積比為1：80的納米金顆粒膠體溶液10ml；

步驟1032、取聚乙烯毗咯烷酮固體粉末2.00士0.25g加入到納米金顆粒膠體溶液；

步驟1033、在室溫25℃士1℃的條件下，采用轉(zhuǎn)速為380r/min的磁力攪拌，使得聚乙烯毗咯烷酮固體粉末溶解于納米金顆粒膠體溶液中；

步驟1034、將溶解后的溶液抽入針管中，并將針管固定于靜電紡絲裝置的操作臺上，調(diào)整針管傾斜角度與地面垂直方向成3至5度從而控制流速；

步驟1035、在電壓為18士2kv、流量為0.056士0.01ml/min、紡絲距離為18士2cm的條件下，開啟靜電紡絲裝置進行靜電紡絲，使用滾筒收集裝置收集納米纖維；

步驟1036、1小時后關(guān)閉靜電紡絲裝置的電源，收集位于收集裝置中的納米纖維；

步驟1037、在10.58ml無水乙醇中加入60ul的氨水，隨后放入剪好的纖維薄膜，之后加入500ul正硅酸四乙酷，在40℃油浴下反應(yīng)350min，350min后收取纖維薄膜，用去離子水沖洗，得到外層為25納米厚sio2包覆層；

步驟1038、將得到的納米纖維放置到led發(fā)光層上表面；

步驟1039、烘干，通過納米纖維自身的粘合性使納米纖維附著在發(fā)光區(qū)域的上表面。

進一步：所述步驟105具體為：

在n⁺和p⁺上表面光刻電極孔，利用電子束蒸發(fā)和金屬剝離工藝分別制作p電極和n電極。

本發(fā)明具有的優(yōu)點和積極效果是：

(1)制備楔形結(jié)構(gòu)的p⁺，利用尖端電極強電場產(chǎn)生熱載流子提高器件注入效率；

(2)利用靜電紡絲技術(shù)制備含有金屬顆粒的納米纖維，將其優(yōu)良的特性應(yīng)用于半導(dǎo)體發(fā)光領(lǐng)域，其用于制備納米纖維的聚合物溶液不僅是金屬粒子的良好載體，還對金屬離子起到了一定的保護作用，在其中的金屬粒子分布均勻，光學(xué)性質(zhì)亦不受影響，同時納米纖維避免了周圍環(huán)境對材料的不良影響；

(3)選擇表面等離激元效應(yīng)最強的金屬金作為增強led出光效率的材料；

(4)通過調(diào)節(jié)sio2層的厚度以及金屬粒子的直徑提高了光對局域spp波的有效激發(fā)，利用局域等離激元性質(zhì)提高金屬spp波近場耦合效率，進而提高器件內(nèi)量子效率。

(5)利用化學(xué)溶劑制備方法，在納米纖維外表面包覆一層sio2薄膜，隔離金屬納米粒子和發(fā)光區(qū)域，避免了spp波金屬淬滅。

附圖說明

圖1是本發(fā)明優(yōu)選實施例的結(jié)構(gòu)圖；

圖2是本發(fā)明優(yōu)選實施例中納米纖維的第一種結(jié)構(gòu)圖；

圖3是本發(fā)明優(yōu)選實施例中納米纖維的第二種結(jié)構(gòu)圖。

其中：1、納米纖維。

具體實施方式

為能進一步了解本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容、特點及功效，茲例舉以下實施例，并配合附圖詳細說明如下：

請參閱圖1至圖3，一種金屬局域表面等離激元耦合增強硅基led，包括：p襯底、位于p襯底上的n阱、位于n阱上表面的p⁺和n⁺；在所述p⁺上設(shè)有p電極，在所述n⁺上設(shè)有n電極；所述p⁺為楔形結(jié)構(gòu)，所述楔形結(jié)構(gòu)的楔角為45°士0.5°；所述led的發(fā)光區(qū)域位于楔角和n⁺之間；在所述發(fā)光區(qū)域的上表面設(shè)置有同取向的含au納米顆粒的納米纖維1；所述纖維纖維的直徑為120士20nm，所述金屬納米顆粒直徑大小為10士2nm；在所述納米纖維為設(shè)有sio2介質(zhì)層。

一種金屬局域表面等離激元耦合增強硅基led的制造方法，包括如下步驟：

步驟101、在p襯底上嵌入n阱，所述n阱的摻雜濃度為1.52×1017cm^-3；

步驟102、在所述n阱的上表面嵌入楔形結(jié)構(gòu)的p⁺和矩形結(jié)構(gòu)的n⁺，所述p⁺的摻雜濃度為1×1019cm^-3，所述p⁺的楔角為45°，所述楔角位于靠近n⁺的一側(cè)，所述led的發(fā)光區(qū)域位于楔角和n⁺之間；

步驟103、利用靜電紡絲技術(shù)制備含金屬納米顆粒的納米纖維，并將制備成型的納米纖維設(shè)置在發(fā)光層的上表面；

步驟104、在所述納米纖維為設(shè)有sio2介質(zhì)層；

步驟105、在所述p⁺上制備p電極，在所述n⁺上制備n電極。

在上述優(yōu)選實施例中：所述步驟103中，利用靜電紡絲技術(shù)制備含金屬納米顆粒的納米纖維的具體過程為：

步驟1031、取體積比為1：80的納米金顆粒膠體溶液10ml；

步驟1032、取聚乙烯毗咯烷酮固體粉末2.00士0.25g加入到納米金顆粒膠體溶液；

步驟1033、在室溫25℃士1℃的條件下，采用轉(zhuǎn)速為380r/min的磁力攪拌，使得聚乙烯毗咯烷酮固體粉末溶解于納米金顆粒膠體溶液中；

步驟1034、將溶解后的溶液抽入針管中，并將針管固定于靜電紡絲裝置的操作臺上，調(diào)整針管傾斜角度與地面垂直方向成3至5度從而控制流速；

步驟1035、在電壓為18士2kv、流量為0.056士0.01ml/min、紡絲距離為18士2cm的條件下，開啟靜電紡絲裝置進行靜電紡絲，使用滾筒收集裝置收集納米纖維；

步驟1036、1小時后關(guān)閉靜電紡絲裝置的電源，收集位于收集裝置中的納米纖維；

步驟1037、在10.58ml無水乙醇中加入60ul的氨水，隨后放入剪好的纖維薄膜，之后加入500ul正硅酸四乙酷，在40℃油浴下反應(yīng)350min，350min后收取纖維薄膜，用去離子水沖洗，得到外層為25納米厚sio2包覆層；

步驟1038、將得到的納米纖維放置到led發(fā)光層上表面；

步驟1039、烘干，通過納米纖維自身的粘合性使納米纖維附著在發(fā)光區(qū)域的上表面。

在上述優(yōu)選實施例中：所述步驟105具體為：

在n⁺和p⁺上表面光刻電極孔，利用電子束蒸發(fā)和金屬剝離工藝分別制作p電極和n電極。

上述優(yōu)選實施例通過cmos工藝制備硅基led，在p襯底上通過離子注入的方式嵌入n阱、p⁺、n⁺。通過靜電紡絲技術(shù)制備含有au納米顆粒的金屬纖維，纖維外表面包裹一層sio2介質(zhì)層，納米纖維通過其良好的粘合性和穩(wěn)定性附著于發(fā)光層上表面。通過調(diào)控金屬顆粒尺寸、密集程度，以及介質(zhì)層厚度、纖維直徑等參數(shù)，使等離激元與發(fā)光層光波耦合共振，發(fā)光效率達到最大值。

靜電紡絲技術(shù)是一種能夠直接、連續(xù)的制備納米聚合物纖維的方法。到目前為止，可用電紡絲技術(shù)制備超過上百種高分子納米纖維，在生物醫(yī)學(xué)、傳感器、電子器件都有其應(yīng)用。本專利將靜電紡絲技術(shù)工藝與現(xiàn)有成熟的cmos工藝很好融合，制備出的納米纖維性質(zhì)穩(wěn)定，復(fù)合的納米顆粒性能穩(wěn)定、突出。

以上對本發(fā)明的實施例進行了詳細說明，但所述內(nèi)容僅為本發(fā)明的較佳實施例，不能被認為用于限定本發(fā)明的實施范圍。凡依本發(fā)明申請范圍所作的均等變化與改進等，均應(yīng)仍歸屬于本發(fā)明的專利涵蓋范圍之內(nèi)。