为使用大面积均匀分布的微球掩模制作纳米柱LED,对胶体微球单层薄膜的自组装技术进行了研究。采用旋涂法、滴定法和气液界面法,对2 μm和455 nm两种粒径的胶体微球进行自组装实验,并使用扫描电子显微镜进行观察和比较,分析了三种方法的优缺点。实验结果表明,旋涂法在制备过程中容易出现多层堆积现象;滴定法容易形成单层薄膜,但胶体微球较为稀疏;气液界面法可以实现较大面积的单层薄膜,胶体微球均匀分布,而且适用于各种基片,是一种简单有效的自组装方法。优选气液界面法,在GaN基LED外延片上制备了均匀分布的纳米柱结构,验证了这种方法用于纳米柱LED芯片制备的可行性。

纳米柱结构是释放高In组分InGaN/GaN绿光LED量子阱层应变的有效方法。本文采用自组装的聚苯乙烯微球掩模、感应耦合等离子体干法刻蚀和KOH溶液的湿法腐蚀, 在GaN基绿光LED外延片上制备了3种高度的纳米柱结构, 通过扫描电子显微镜观察纳米柱结构的形貌, 并测试了常温和10 K低温时的光致发光谱（PL）。结果表明: 应变释放对压电场的影响显著, 使得纳米柱结构样品的内量子效率（IQE）提高, PL谱峰值波长蓝移; 应变在量子阱中的不均匀分布还使得PL谱半高全宽（FWHM）展宽。与普通平面结构相比, 高度为747 nm的纳米柱结构可使得IQE提升917%, PL谱峰值波长蓝移18 nm、FWHM展宽7 nm。另外, 纳米柱结构样品的有源区有效面积减小可使得PL谱FWHM减小。