一种垂直近紫外发光二极管及其制备方法技术

本专利公开了一种垂直发光二极管，包括：金属衬底，所述金属衬底设置在底部；发光层，设置在金属衬底上方，所述发光层包括自下而上设置的P型半导体材料层、量子阱层、N型半导体材料层；ITO层，设置在N型半导体材料层上表面，所述所述ITO层上均匀设置有具有固定间隔周期的贯穿孔，所述ITO层以及所述贯穿孔的高度均为所述发光二极管发光波长的四分之一；在所述贯穿孔中固定设置第一金属材料电极；在所述ITO层的上表面设置有与所述ITO层以及所述第一金属材料电极接触的第二金属材料电极。通过上述方案提高了发光二极管的出光效率。

【技术实现步骤摘要】
一种垂直近紫外发光二极管及其制备方法
本专利属于半导体发光二极管
，具体而言涉及一种垂直近紫外发光二极管及其制备方法。
技术介绍
随着LED技术快速发展，波长范围在320-400nm近紫外LED应用范围越来越广。紫外LED与传统紫外光源比更加节能、寿命更长，并且不含有毒物质。但是和GaN基的近紫外LED和蓝光LED相比，紫外LED的量子效率低，金属反射镜对紫外波段光线吸收作用导致紫外LED输出功率更低。现有垂直结构LED是利用键合和激光剥离技术将GaN外延层从蓝宝石衬底转移到导电和散热更好的金属或硅衬底上,金属衬底直接作为P电极，而N电极则是在N型GaN上蒸镀上适合的金属薄膜，这样电极分布在量子阱两侧，电流扩展非常均匀适合于大功率LED芯片设计。然而大功率垂直LED芯片的尺寸更大，需要较大功率电流注入，相应的N电极大小和扩展条宽度随之加大，此区域内N电极底部的光被金属薄膜吸收导致芯片发光效率的浪费，因此提高N电极底部此部分光反射率成为垂直LED的N电极结构优化的一个重要研究方向。目前现有技术主要是在N电极底部增加一层反射率高且功函数较低的金属薄膜，如Al或者Ti/Al,从外延层向外结构依次为N-GaN/Al/Ti/Au，形成较好的欧姆接触。但是因为垂直结构LED的特殊性，为了提高N-GaN表面的出光效率会对其表面粗化，粗糙度增加会使得N-Pad底面的光也随之更多地散射出N电极与外延层N-GaN的交界面，因此这部分的散射光如果不能充分的反射出来而被N电极金属薄层吸收而造成更多地光损耗，同时此交界面的表面状况粗糙变差会导致与电极粘附力变小，后续封装打线电极更容易脱落。
技术实现思路
本专利技术正是基于现有技术的上述情况而提出的，本专利技术要解决的技术问题是提供一种垂直近紫外发光二极管的制备方法，根据本专利技术的一方面所述方法可以增加对N电极底部光的反射率从而提高芯片其发光效率，根据本专利技术的另外一个方面提高后续封装打线电极的稳定性。为了至少在某一个方面解决上述技术问题，本专利提供的技术方案包括：一种垂直发光二极管，其特征在于，包括：金属衬底，所述金属衬底设置在底部；发光层，设置在金属衬底上方，所述发光层包括自下而上设置的P型半导体材料层、量子阱层、N型半导体材料层；ITO层，设置在N型半导体材料层上表面，所述所述ITO层上均匀设置有具有固定间隔周期的贯穿孔，所述ITO层以及所述贯穿孔的高度均为所述发光二极管发光波长的四分之一；在所述贯穿孔中固定设置第一金属材料电极；在所述ITO层的上表面设置有与所述ITO层以及所述第一金属材料电极接触的第二金属材料电极。优选地，所述第二金属材料电极覆盖在整个ITO层表面。优选地，所述发光二极管发光为近紫外光。优选地，所述金属衬底和所述发光层之间设置有反射镜层，所述反射镜层为金属反射镜。优选地，所述垂直发光二极管还包括键合层，所述键合层设置在所述衬底的上表面。优选地，第一金属材料电极为铝电极，第二金属材料电极为Ti/Au电极。优选地，在所述垂直发光二极管的上表面上还设置有SiO2钝化层。优选地，所述贯穿孔截面为矩形孔。优选地，矩形孔为正方形，边长为5um，间隔周期为15um。以及.一种垂直近紫外发光二极管的制备方法，所述方法包括如下步骤：步骤一、制作GaN外延发光层；在本步骤中首先在蓝宝石衬底上用有机金属化学气相沉积生长GaN外延发光层，依次包括u-GaN层，N-GaN层，多量子阱层和P-GaN层；步骤二、制作反射镜层；在本步骤中，所述反射镜层包括Ni/Ag金属反射镜，厚度依次为Ni为3A，Ag为2000A；步骤三、制作金属衬底；在反射镜上再用电子束蒸发生长键合层，然后将金属衬底用键合机与键合层紧密相连；步骤四、制作全反射镜；在本步骤中，首先用KOH碱性溶液对N-GaN表面进行粗化；在粗化好的N-GaN表面用电子束蒸发生长ITO透明导电层并进行480度退火处理；然后在ITO层上腐蚀出均匀分布的通孔；再在所述孔内沉积第一金属材料电极并在第一金属材料电极上连续制作第二金属材料电极。本具专利中，所述ITO层中设置有周期性均匀分布的贯穿孔，所述贯穿孔内填充高反射率金属Al，通过金属Al(即孔内电极)贯穿所述孔同时与N电极和发光层5的N型半导体材料层连接。这样就形成了由N型半导体材料层(N-GaN),低折射率介质层(ITO)和具有复数折射率的金属层(Al)的全方向反射镜结构(omnidirectionalreflectorODR)。全方向反射镜是由若干个高/低折射率周期性排列的介质薄层结构组成，对任意角度的光呈现接近100％的反射，并且没有金属反射镜的吸收损耗的反射镜。当中间介质层的光学厚度为λ/4或其奇数倍时,在中间介质层内的反射光在它与其他介质层上、下两个相邻交界面波函数相位相同,光强互相加强,这时的反射率接近于1,透射率约为0,从而形成全方向反射镜光子晶体的禁带结构，而频率落在光子禁带的光是禁止传输的。通过麦克斯韦方程组模拟计算调节介质高/低折射率的比值和排列周期数目可以拓展其禁带宽度，从而实现对特定波长的光具有极高的反射率。在上述反射镜中，当要反射蓝光时，所述ITO层的厚度为蓝光波长(λ＝455nm)的1/4，这样既可禁止其它频率的光线反射而对蓝光形成极高的反射率。附图说明图1在N-Pad底部增加ODR的垂直LED芯片的结构示意图；图2是放大后的全方向反射镜结构示意图。具体实施方式本专利所描述的技术方案包括各种具体的实施例，以及在各种具体实施例上所进行的修改。在本具体实施方式中，对这些技术方案通过结合附图的方式进行示例性的阐述，以使得本专利的专利技术构思、技术特征、技术特征的效果等，通过对这些具体实施方式的描述变得更加明显。但是需要指出的是，本专利的保护范围显然不应当仅限于这些实施例所描述的内容，而是可以通过在本专利专利技术构思下的多种方式来实施。在本具体实施方式的描述中，需要注意以下一些阅读参考，以便于能够准确理解本具体实施方式中文字所表达的含义：首先，对于本专利的附图中，相同或者相对应的元件\要素等，将以相同的附图标记来表示。因此对于此前已经出现过的附图标记或者是元件\要素等的名称，在之后可能不会再重复解释。并且，在本具体实施方式中，可如果使用了术语“第一”、“第二”等词汇来修饰各种元件或要素，那么在非特指的情况下“第一”、“第二”并不代表着顺序，而是仅仅区分这些元件或要素彼此不同而已。此外，除非上下文清楚地另有指示，否则单数形式“一个”、“一”和“该/所述”也不仅仅指代单数还指代复数形式。更进一步地，包含或包括，应当理解为开放式的描述，其并不排斥在已经描述的组件的基础上还存在其它的组件；而且，当层、区域或组件被称为“形成在”、“设置在”另一层、区域或组件“上”时，该层、区域或组件可以直接地或间接地形成在所述另一层、区域或组件上，与之相似的，当使用相连、连接等类似术语来表述两个元件之间的关系时，在没有特别限定的情况下，既可以是本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种垂直发光二极管，其特征在于，包括：/n金属衬底，所述金属衬底设置在底部；/n发光层，设置在金属衬底上方，所述发光层包括自下而上设置的P型半导体材料层、量子阱层、N型半导体材料层；/nITO层，设置在N型半导体材料层上表面，所述所述ITO层上均匀设置有具有固定间隔周期的贯穿孔，所述ITO层以及所述贯穿孔的高度均为所述发光二极管发光波长的四分之一；在所述贯穿孔中固定设置第一金属材料电极；在所述ITO层的上表面设置有与所述ITO层以及所述第一金属材料电极接触的第二金属材料电极。/n

【技术特征摘要】
1.一种垂直发光二极管，其特征在于，包括：
金属衬底，所述金属衬底设置在底部；
发光层，设置在金属衬底上方，所述发光层包括自下而上设置的P型半导体材料层、量子阱层、N型半导体材料层；
ITO层，设置在N型半导体材料层上表面，所述所述ITO层上均匀设置有具有固定间隔周期的贯穿孔，所述ITO层以及所述贯穿孔的高度均为所述发光二极管发光波长的四分之一；在所述贯穿孔中固定设置第一金属材料电极；在所述ITO层的上表面设置有与所述ITO层以及所述第一金属材料电极接触的第二金属材料电极。


2.根据权利要求1所述的一种垂直发光二极管，其特征在于，所述第二金属材料电极覆盖在整个ITO层表面。


3.根据权利要求1所述的一种垂直发光二极管，其特征在于，所述发光二极管发光为近紫外光。


4.根据权利要求1所述的一种垂直发光二极管，其特征在于，所述金属衬底和所述发光层之间设置有反射镜层，所述反射镜层为金属反射镜。


5.根据权利要求1所述的一种垂直发光二极管，其特征在于，所述垂直发光二极管还包括键合层，所述键合层设置在所述衬底的上表面。


6.根据权利要求1所述的一种垂直发光二极管，其特征在于，第一金属材料电极为铝电极，第二金属材料电极为Ti/Au电极。...

【专利技术属性】
技术研发人员：尉尊康，崔志勇，郭凯，薛建凯，
申请(专利权)人：山西中科潞安紫外光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山西;14