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(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115911203A(43)申请公布日2023.04.04(21)申请号202211646640.0H01L33/00(2010.01)(22)申请日2022.12.21H01L31/0304(2006.01)H01L31/0352(2006.01)(71)申请人中国科学院长春光学精密机械与物H01L31/06(2012.01)理研究所H01L31/18(2006.01)地址130033吉林省长春市经济技术开发H01L21/20(2006.01)区东南湖大路3888号H01S5/30(2006.01)(72)发明人黎大兵蒋年磊陈洋孙晓娟H01S5/343(2006.01)蒋科贲建伟(74)专利代理机构深圳市科进知识产权代理事务所(普通合伙)44316专利代理师张桂平(51)Int.Cl.H01L33/06(2010.01)H01L33/14(2010.01)H01L33/32(2010.01)权利要求书1页说明书6页附图1页(54)发明名称基于双层金属微纳和石墨烯复合结构的半导体外延结构及其制备方法和应用(57)摘要本发明提供一种基于双层金属微纳和石墨烯复合结构的半导体外延结构及其制备方法和应用,属于半导体光电子器件技术领域。本发明基于双层金属微纳和石墨烯复合结构的半导体外延结构,自下而上依次包括衬底,AlN层,N‑AlGaN层,AlGaN多量子阱,P‑AlGaN电子阻挡层,P‑AlGaN层,Al金属微纳结构层,P‑GaN层,Al金属周期性结构层和石墨烯层。本发明通过在P‑GaN层的下方制备Al金属微纳结构层,在P‑GaN层的上方制备Al金属周期性结构层和石墨烯层复合微纳结构,利用表面等离激元与激发态之间的共振耦合效应,解决等离激元集肤深度不足而造成的无法与激发态能量匹配的问题,并大幅增强光提取效率。CN115911203ACN115911203A权利要求书1/1页1.一种基于双层金属微纳和石墨烯复合结构的半导体外延结构,其特征在于,自下而上依次包括衬底,AlN层,N‑AlGaN层,AlGaN多量子阱,P‑AlGaN电子阻挡层,P‑AlGaN层,Al金属微纳结构层,P‑GaN层,Al金属周期性结构层和石墨烯层。2.根据权利要求1所述的基于双层金属微纳和石墨烯复合结构的半导体外延结构,其特征在于,Al金属微纳结构为Al金属纳米粒子或Al金属纳米结构阵列。3.根据权利要求1所述的基于双层金属微纳和石墨烯复合结构的半导体外延结构,其特征在于,周期性结构为光栅结构、三角锥阵列、圆柱阵列、三棱柱阵列、圆环阵列中的任意一种。4.根据权利要求1所述的基于双层金属微纳和石墨烯复合结构的半导体外延结构,其特征在于,所述衬底的材质为蓝宝石、SiC、Si、AlN中的任意一种或两种。5.一种权利要求1‑4任意一项所述的基于双层金属微纳和石墨烯复合结构的半导体外延结构的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:在所述衬底上依次外延生长所述AlN层,所述N‑AlGaN层,所述AlGaN多量子阱,所述P‑AlGaN电子阻挡层,所述P‑AlGaN层;在所述P‑AlGaN层上制备所述Al金属微纳结构层;在所述Al金属微纳结构层上外延生长所述P‑GaN层;在所述P‑GaN层上制备所述Al金属周期性结构层;在所述Al金属周期性结构层上制备所述石墨烯层。6.根据权利要求5所述的基于双层金属微纳和石墨烯复合结构的半导体外延结构的制备方法,其特征在于,所述Al金属微纳结构层的制备工艺为快速热退火、聚苯乙烯膜球法、光刻和阳极氧化中的任意一种;所述Al金属周期性结构层的制备工艺为纳米压印技术、双光束干涉和选择性刻蚀中的任意一种;所述石墨烯层的制备为直接转移法制备或者原位生长法制备;所述直接转移法包括湿法转移、鼓泡法转移、干法转移、卷对卷转移和无支撑转移。7.一种深紫外LED器件结构,其特征在于,采用如权利要求1‑4任意一项所述的基于双层金属微纳和石墨烯复合结构的半导体外延结构作为深紫外LED器件的外延结构,还包括N电极和P电极;在所述深紫外LED外延结构上刻蚀制备LED台面,刻蚀深度至所述N‑AlGaN层,在刻蚀区的所述所述N‑AlGaN层上方制备所述N电极,在Al金属周期性结构层和石墨烯层的复合微纳结构上方制备所述P电极。8.根据权利要求7所述的深紫外LED器件结构,其特征在于,所述P电极为欧姆接触电极,材质为Ni、Au、ITO和Pt中的任意一种。9.根据权利要求7所述的深紫外LED器件结构,其特征在于,所述N电极为欧姆接触电极,为依次沉积Ti,Al,Ni和Au的复合多层结构。10.一种如权利要求1‑4所述的基于双层金属微纳和石墨烯复合结构的半导体外延结构在可见光LEDs,或探测器,或激光器,或太阳能电池中的应用。